JP6936406B1 - Improved material surface modification - Google Patents

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Abstract

【課題】改善された材料の表面改質を提供すること。【解決手段】一つの局面において、本開示は、材料を表面改質する方法を提供し、この方法は、(1)材料の表面の酸化レベルがX線光電子分光法(XPS)により測定した場合に特定の数値範囲となるように、材料を酸化処理するステップと、(2)A.酸化処理した材料をグラフト化処理するステップ、および/またはB.酸化処理した材料を親水性高分子で処理するステップと、を含む。一つの局面において、本開示は、繊維材料が第2材料内に含まれている繊維複合材料を製造する方法を提供し、方法は、(1)繊維材料および第2材料の少なくとも1つを酸化処理するステップと、(2)酸化処理するステップの後に繊維材料と第2材料との界面密着または接着させるステップと、(3)第2材料を融解して、繊維複合材料を得るステップと、を含む。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide an improved surface modification of a material. In one aspect, the present disclosure provides a method of surface modification of a material, wherein (1) the oxidation level of the surface of the material is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The steps of oxidizing the material so that it falls within a specific numerical range, and (2) A. Steps of grafting the oxidized material and / or B. It comprises the step of treating the oxidized material with a hydrophilic polymer. In one aspect, the present disclosure provides a method of producing a fibrous composite in which a fibrous material is contained within a second material, the method: (1) oxidizing at least one of the fibrous material and the second material. A step of processing, (2) a step of interfacially adhering or adhering the fiber material and the second material after the step of oxidation treatment, and (3) a step of melting the second material to obtain a fiber composite material. include. [Selection diagram] None

Description

本開示は、改善された材料の表面改質に関する。特に、本開示は、材料を表面改質する方法および材料間の接着性が改善された材料、ならびに界面密着または接着させて接着材料または複合材料を作製する方法およびそのように作製された表面改質材料、接着材料および複合材料を提供する。特に、本開示は、強固な繊維複合材料を提供する。 The present disclosure relates to surface modification of improved materials. In particular, the present disclosure describes methods of surface modification of materials and materials with improved adhesion between materials, as well as methods of interfacially adhering or adhering to produce adhesive or composite materials and surface modifications so produced. Provided are quality materials, adhesive materials and composite materials. In particular, the present disclosure provides a strong fiber composite material.

自動車部品、航空機部品、医療器具、電子機器など種々の製品において、異なる材料が一体となって形成された接着材料または複合材料が使用されている(国際公開第2005/075190号公報など)。接着材料または複合材料の強度は、特に異なる材料間の界面において不十分である場合があり、接着材料または複合材料の使用が制限され得る。そのため、異なる材料間の結合強度を向上させることが望まれる。 In various products such as automobile parts, aircraft parts, medical instruments, and electronic devices, adhesive materials or composite materials formed by integrating different materials are used (International Publication No. 2005/075190, etc.). The strength of the adhesive or composite may be inadequate, especially at the interface between different materials, which may limit the use of the adhesive or composite. Therefore, it is desired to improve the bond strength between different materials.

国際公開第2005/075190号公報International Publication No. 2005/075190

発明者は、適当な材料の表面改質条件を見出した。また、発明者は、異なる材料間を強固に結合する方法を見出した。さらに、発明者は、従来にない高強度の接着材料および複合材料を作製した。本開示は、このような知見に基づき、材料を表面改質する方法および材料間の界面密着性が改善された材料、ならびに界面密着または接着させることで接着材料または複合材料を作製する方法およびそのように作製された表面改質材料、接着材料および複合材料を提供する。 The inventor has found suitable surface modification conditions for the material. The inventor has also found a method for tightly bonding different materials. In addition, the inventor has produced unprecedented high-strength adhesives and composites. Based on such findings, the present disclosure describes a method of surface-modifying a material, a material having improved interfacial adhesion between the materials, and a method of producing an adhesive material or a composite material by interfacial adhesion or adhesion, and a method thereof. Provided are surface modification materials, adhesive materials and composite materials prepared as described above.

したがって、本開示は以下を提供する。
(項目1)
材料を表面改質する方法であって、
(1)前記材料を酸化処理するステップと、
(2)酸化処理した前記材料を表面コーティングするステップと、
を含む、方法であって、前記酸化処理が、
(i)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が酸化処理前より約1〜20%だけ増大するように実施されるか、
(ii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が約5〜15%となるように実施されるか、
(iii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内のO/C原子数比が約0.03〜0.2となるように実施されることを特徴とする、方法。
(項目2)
前記材料を酸化処理するステップを、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が酸化処理前より約1.5〜15%だけ増大するように実施する、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記材料を酸化処理するステップを、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が酸化処理前より約2〜10%だけ増大するように実施する、項目11に記載の方法。
(項目4)
前記材料を酸化処理するステップを、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が約5〜15%となるように実施する、項目1に記載の方法。
(項目5)
前記材料を酸化処理するステップを、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内のO/C原子数比が約0.03〜0.2となるように実施する、項目1に記載の方法。
(項目6)
項目1〜5のいずれか一項に記載の方法により前記材料を表面改質するステップと、
前記材料と第2材料とを界面密着または接着させるステップと
を含む、接着材料を製造する方法。
(項目7)
前記界面密着または接着させるステップが、前記材料と第2材料との間に接着剤が存在する条件で実施される、項目6に記載の方法。
(項目8)
前記材料を表面改質するステップから約1時間経過した後に、前記材料と第2材料とを界面密着または接着させるステップを実施する、項目6または7に記載の方法。
(項目9)
幅10mm、厚さ1mmの表面改質した前記材料を、接着面積が10mm×10mmとなるように厚さ0.2mmのアルミニウム板と接着した試験片について、20mm/分の速度、60mmの支持点間距離で引張試験を行った場合、前記酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した材料から作製した接着材料と比較して、200N以上のせん断強度の向上をもたらす、項目6〜8のいずれか一項に記載の方法。
(項目10)
繊維材料が第2材料内に含まれている繊維複合材料を製造する方法であって、
(1)前記繊維材料および前記第2材料の少なくとも1つを酸化処理するステップと、
(2)前記酸化処理するステップの後に前記繊維材料と前記第2材料とを界面密着または接着させるステップと、
(3)前記第2材料を融解して、前記繊維複合材料を得るステップと、
を含む、方法。
(項目11)
前記第2材料が樹脂材料である、項目10に記載の方法。
(項目12)
長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの前記繊維複合材料の試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験を行った場合、前記酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した繊維複合材料と比較して、1.2倍以上の曲げ強度をもたらす、項目10または11に記載の方法。
(項目13)
前記酸化処理が、
(i)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が酸化処理前より約1〜20%だけ増大するように実施されるか、
(ii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が約5〜15%となるように実施されるか、
(iii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内のO/C原子数比が約0.03〜0.2となるように実施されることを特徴とする、項目10〜12のいずれか一項に記載の方法。
(項目14)
前記繊維複合材料における繊維材料の重量割合が約30%以下である、項目10〜13のいずれか一項に記載の方法。
(項目15)
前記酸化処理するステップの前に、酸化処理する材料を洗浄するステップを含む、項目1〜14のいずれか一項に記載の方法。
(項目16)
前記酸化処理するステップが、プラズマ処理、オゾン処理、紫外線照射処理、コロナ放電処理、高圧放電処理および化学酸化からなる群から選択される処理により酸化処理することを含む、項目1〜15のいずれか一項に記載の方法。
(項目17)
前記表面コーティングするステップが、酸化処理した前記材料に
(ア)親水性ビニルモノマーをグラフトすること、
(イ)親水性モノマーをグラフトし、親水性ポリマーを塗布すること、または
(ウ)ビニルエステルモノマーをグラフトし、加水分解に供すること
を含む、項目1〜16のいずれか一項に記載の方法。
(項目18)
前記表面コーティングするステップによる酸化処理した前記材料の重量の増加が、約5%未満である、項目1〜17のいずれか一項に記載の方法。
(項目19)
項目1〜5のいずれか一項に記載の方法により製造された表面改質材料。
(項目20)
項目6〜18のいずれか一項に記載の方法により製造された接着材料または繊維複合材料。
(項目21)
長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験によって評価した場合に、破断点において切断されない、項目20に記載の繊維複合材料。
(項目22)
第1材料と第2材料との界面密着または接着した接着材料であって、
前記第1材料と前記第2材料との間の界面に沿って前記接着材料を切断して得られる第1材料側半材料および第2材料側半材料のうちの少なくとも一方の切断表面が、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に材料表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が約5〜15%である、接着材料。
(項目23)
長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験によって評価した場合に、破断点において切断されない、繊維複合材料。
(項目24)
前記繊維複合材料における繊維材料の重量割合が約30%以下である、項目20、21または23に記載の繊維複合材料。
Accordingly, the present disclosure provides:
(Item 1)
A method of surface modification of a material
(1) A step of oxidizing the material and
(2) A step of surface-coating the oxidized material and
A method comprising the above, wherein the oxidation treatment comprises.
(I) When measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is only about 1 to 20% of that before the oxidation treatment. Implemented to increase or
(Ii) When measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is about 5 to 15%. Will be done
(Iii) When measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the O / C atomic number ratio within a depth of 10 nm on the surface of the material is about 0.03 to 0.2. The method to be characterized.
(Item 2)
When the step of oxidizing the material is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is higher than that before the oxidation treatment. The method of item 1, wherein the method is carried out so as to increase by about 1.5 to 15%.
(Item 3)
When the step of oxidizing the material is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is higher than that before the oxidation treatment. The method of item 11, wherein the method is carried out so as to increase by about 2-10%.
(Item 4)
When the step of oxidizing the material is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is about 5 to 15. The method according to item 1, which is carried out so as to be%.
(Item 5)
When the step of oxidizing the material is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the O / C atomic number ratio within a depth of 10 nm on the surface of the material is about 0.03 to 0.2. The method according to item 1, which is carried out in 1.
(Item 6)
A step of surface-modifying the material by the method according to any one of items 1 to 5.
A method for producing an adhesive material, which comprises a step of interfacially adhering or adhering the material and a second material.
(Item 7)
The method according to item 6, wherein the step of interfacial adhesion or adhesion is carried out under the condition that an adhesive is present between the material and the second material.
(Item 8)
The method according to item 6 or 7, wherein the step of interfacially adhering or adhering the material and the second material is carried out after about 1 hour has elapsed from the step of surface-modifying the material.
(Item 9)
A test piece obtained by bonding the surface-modified material having a width of 10 mm and a thickness of 1 mm to an aluminum plate having a thickness of 0.2 mm so that the bonding area is 10 mm × 10 mm has a speed of 20 mm / min and a support point of 60 mm. When the tensile test is performed at a short distance, items 6 to 8 bring about an improvement in shear strength of 200 N or more as compared with an adhesive material prepared from a material prepared under the same conditions except that the step of oxidation treatment is not performed. The method according to any one of the above.
(Item 10)
A method for producing a fiber composite material in which a fiber material is contained in a second material.
(1) A step of oxidizing at least one of the fiber material and the second material, and
(2) After the step of the oxidation treatment, a step of interfacially adhering or adhering the fiber material and the second material,
(3) A step of melting the second material to obtain the fiber composite material, and
Including methods.
(Item 11)
The method according to item 10, wherein the second material is a resin material.
(Item 12)
When a three-point bending test is performed on a test piece of the fiber composite material having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2 mm at a speed of 2 mm / min and a distance between support points of 40 mm, the oxidation treatment step is not performed. The method according to item 10 or 11, which provides 1.2 times or more bending strength as compared with a fiber composite material produced under the same conditions except for.
(Item 13)
The oxidation treatment
(I) When measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is only about 1 to 20% of that before the oxidation treatment. Implemented to increase or
(Ii) When measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is about 5 to 15%. Will be done
(Iii) When measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the O / C atomic number ratio within a depth of 10 nm on the surface of the material is about 0.03 to 0.2. The method according to any one of items 10 to 12, which is characteristic.
(Item 14)
The method according to any one of items 10 to 13, wherein the weight ratio of the fiber material in the fiber composite material is about 30% or less.
(Item 15)
The method according to any one of items 1 to 14, which comprises a step of washing the material to be oxidized before the step of oxidizing the material.
(Item 16)
Any of items 1 to 15, wherein the oxidation treatment step comprises oxidation treatment by a treatment selected from the group consisting of plasma treatment, ozone treatment, ultraviolet irradiation treatment, corona discharge treatment, high pressure discharge treatment and chemical oxidation. The method described in paragraph 1.
(Item 17)
The step of surface coating is to graft (a) a hydrophilic vinyl monomer to the oxidized material.
The method according to any one of items 1 to 16, which comprises (a) grafting a hydrophilic monomer and applying a hydrophilic polymer, or (c) grafting a vinyl ester monomer and subjecting it to hydrolysis. ..
(Item 18)
The method according to any one of items 1 to 17, wherein the weight increase of the oxidized material by the surface coating step is less than about 5%.
(Item 19)
A surface modification material produced by the method according to any one of items 1 to 5.
(Item 20)
An adhesive material or fiber composite material produced by the method according to any one of items 6 to 18.
(Item 21)
The fiber according to item 20, which is not cut at a breaking point when evaluated by a three-point bending test at a speed of 2 mm / min and a distance between support points of 40 mm for a test piece having a length of 80 mm, a width of 10 mm and a thickness of 2 mm. Composite material.
(Item 22)
An adhesive material in which the first material and the second material are in close contact with each other or adhered to each other.
The cut surface of at least one of the first material side half material and the second material side half material obtained by cutting the adhesive material along the interface between the first material and the second material is X. An adhesive material having a (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), which is about 5 to 15%.
(Item 23)
A fiber composite material that is not cut at a breaking point when evaluated by a three-point bending test at a speed of 2 mm / min and a distance between support points of 40 mm for a test piece having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2 mm.
(Item 24)
The fiber composite material according to item 20, 21 or 23, wherein the weight ratio of the fiber material in the fiber composite material is about 30% or less.

本開示において、上記の1つまたは複数の特徴は、明示された組み合わせに加え、さらに組み合わせて提供され得ることが意図される。本開示のなおさらなる実施形態および利点は、必要に応じて以下の詳細な説明を読んで理解すれば、当業者に認識される。 In the present disclosure, it is intended that the one or more features described above may be provided in combination in addition to the specified combinations. Further embodiments and advantages of the present disclosure will be appreciated by those skilled in the art upon reading and understanding the following detailed description, as appropriate.

本開示は、高強度の接着材料または複合材料を提供する。通常結合しない材料同士を使用した接着材料または複合材料も提供し得る。 The present disclosure provides high-strength adhesive or composite materials. Adhesive or composite materials using materials that normally do not bond with each other may also be provided.

酸化時間の異なるポリプロピレン試料のFTIR−ATRスペクトルを示す。The FTIR-ATR spectrum of polypropylene samples having different oxidation times is shown. 酸化ポリプロピレン試料のFTIR−ATRスペクトルの吸光度比と酸化処理時間との関係を示す。The relationship between the absorbance ratio of the FTIR-ATR spectrum of the polypropylene oxide sample and the oxidation treatment time is shown. 強度に酸化した超高分子ポリエチレン試料のFTIR−ATRスペクトルを示す。The FTIR-ATR spectrum of the strongly oxidized superpolymer polyethylene sample is shown. ポリプロピレン試料の酸化時間とXPS測定における(A)C1sナロースペクトルおよび(B)O1sナロースペクトルとの関係を示す。The relationship between the oxidation time of the polypropylene sample and the (A) C1s narrow spectrum and (B) O1s narrow spectrum in the XPS measurement is shown. ポリプロピレン試料のXPS−ナロースペクトルから求められたO1s/C1s軌道数の比と酸化処理時間との関係を示す。The relationship between the ratio of the number of O1s / C1s orbitals obtained from the XPS-narrow spectrum of the polypropylene sample and the oxidation treatment time is shown. ポリプロピレン試料のXPS−ナロースペクトルから求められた炭素結合の種類およびその割合(%)と酸化処理時間との関係を示す。The relationship between the type of carbon bond and its ratio (%) obtained from the XPS-narrow spectrum of the polypropylene sample and the oxidation treatment time is shown. ポリプロピレン試料の酸化処理時間と結合C−O−Hの数の存在割合(%)との関係を示す。The relationship between the oxidation treatment time of the polypropylene sample and the abundance ratio (%) of the number of bound COH is shown. ポリプロピレン布の大気圧プラズマ放電処理時間とその試料の引張せん断強度の相対比を示す。The relative ratio between the atmospheric pressure plasma discharge treatment time of the polypropylene cloth and the tensile shear strength of the sample is shown. ポリプロピレン布のオゾン処理時間と処理試料の引張せん断強度の相対強度との関係を示す。The relationship between the ozone treatment time of the polypropylene cloth and the relative strength of the tensile shear strength of the treated sample is shown. DHM処理ポリプロピレン板とアルミニウム板とを接着した試料における酸化処理時間と引張せん断強度との関係を示す。The relationship between the oxidation treatment time and the tensile shear strength in a sample in which a DHM-treated polypropylene plate and an aluminum plate are bonded is shown. (A)ポリプロピレン(PP)繊維/エポキシ樹脂の繊維複合材料についての3点曲げ試験における加重-変位曲線を示す。(B)超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)繊維/エポキシ樹脂の繊維複合材料についての3点曲げ試験における加重-変位曲線を示す。(A) The weight-displacement curve in the three-point bending test for the fiber composite material of polypropylene (PP) fiber / epoxy resin is shown. (B) The weight-displacement curve in the three-point bending test for the fiber composite material of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fiber / epoxy resin is shown.

以下、本開示を最良の形態を示しながら説明する。本明細書の全体にわたり、単数形の表現は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。従って、単数形の冠詞(例えば、英語の場合は「a」、「an」、「the」など)は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。また、本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本開示の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書(定義を含めて)が優先する。 Hereinafter, the present disclosure will be described with reference to the best form. Throughout the specification, it should be understood that the singular representation also includes its plural concept, unless otherwise stated. Therefore, it should be understood that singular articles (eg, "a", "an", "the", etc. in English) also include the plural concept unless otherwise noted. It should also be understood that the terms used herein are used in the meaning commonly used in the art unless otherwise noted. Thus, unless otherwise defined, all terminology and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. In case of conflict, this specification (including definitions) takes precedence.

以下に本開示を、必要に応じて、添付の図面を参照して例示の実施例により説明する。本明細書の全体にわたり、単数形の表現は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。また、本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本開示の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書(定義を含めて)が優先する。 The present disclosure will be described below, if necessary, with reference to the accompanying drawings by way of exemplary embodiments. Throughout the specification, it should be understood that the singular representation also includes its plural concept, unless otherwise stated. It should also be understood that the terms used herein are used in the meaning commonly used in the art unless otherwise noted. Thus, unless otherwise defined, all terminology and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. In case of conflict, this specification (including definitions) takes precedence.

以下に本明細書において特に使用される用語の定義および/または基本的技術内容を適宜説明する。 The definitions and / or basic technical contents of terms particularly used in the present specification will be described below as appropriate.

(定義等)
本明細書において「複合材料」とは、異なる複数の材料(同じ素材であってもよい)が一体となって成形された材料を指す。例えば、複合材料は、材料間を界面密着または接着した成形品、または材料の少なくとも一部が溶解または融解され、溶解または融解された部分同士を混合し、固化した成形品などであり得る。特に、材料のうちの一つが繊維である複合材料を繊維複合材料と称し得る。また、本明細書において「接着材料」とは、材料間の接着によって作製された複合材料を指す。
(Definition, etc.)
As used herein, the term "composite material" refers to a material formed by integrally molding a plurality of different materials (which may be the same material). For example, the composite material may be a molded product in which the materials are interfacially adhered or adhered to each other, or a molded product in which at least a part of the material is melted or melted and the melted or melted portions are mixed and solidified. In particular, a composite material in which one of the materials is a fiber can be referred to as a fiber composite material. Further, in the present specification, the "adhesive material" refers to a composite material produced by adhesion between materials.

本明細書において「X線光電子分光分析」(XPSと略記され得る)とは、測定対象試料表面にX線を照射すると光電子が放出されることを利用する分析法を指し、測定対象試料の表層部の分析法として広く用いられる方法である。XPSによれば、測定対象の試料表面における分析により取得されるX線光電子分光スペクトルを用いて定性分析および定量分析を行うことができる。試料表面から分析位置までの深さ(以下、「検出深さ」とも記載する。)と光電子取り出し角との間には、一般に次の式:
検出深さ≒電子の平均自由行程×3×sinθ
(式中、検出深さは、X線光電子分光スペクトルを構成する光電子の95%が発生する深さであり、θは光電子取り出し角である)
が成立し得る。上記の式から、光電子取り出し角が小さいほど試料表面からの深さが浅い部分が分析でき、光電子取り出し角が大きいほど深い部分が分析できることが理解される。例えば、光電子取り出し角10度でのXPSによって行われる分析では、通常、試料表面から深さ数nm程度のごく表層部が分析位置になる。XPSによって行われる分析により得られるX線光電子分光スペクトル(横軸:結合エネルギー(eV)、縦軸:強度)の中で、例えば、C1sスペクトルは、炭素原子Cの1s軌道のエネルギーピークに関する情報を含んでいる。測定範囲内の材料の元素組成は、例えば、ワイドスキャン測定(スキャン範囲:0〜1000eV、エネルギー分解能:1eV/stepなど)により決定でき、例えば、各元素に対応する1sスペクトルのピーク面積から各元素の割合を算出することができる。ある特定の元素に関する結合状態は、ナロースキャン測定(スキャン範囲:その元素の1sスペクトル範囲、エネルギー分解能:0.1eVなど)により分析できる。例えば、C1sスペクトルにおいて、C−HおよびC−Cのピークは約284.6eVに位置し、C−Nのピークは約285.7eVに位置し、C−Oのピークは約286.1eVに位置し、C=Oのピークは約288eVに位置し、O−C−Oのピークは約289eVに位置する。その他の、炭素またはそれ以外の元素の結合ごとのeVピークの位置は公知であるかまたは当業者が容易に決定できる。XPS分析は、例えば、材料の0.1mmの面積の表面について実施することができる。
In the present specification, "X-ray photoelectron spectroscopy" (which may be abbreviated as XPS) refers to an analysis method utilizing the emission of photoelectrons when the surface of a sample to be measured is irradiated with X-rays, and refers to the surface layer of the sample to be measured. This method is widely used as a method for analyzing parts. According to XPS, qualitative analysis and quantitative analysis can be performed using the X-ray photoelectron spectroscopic spectrum obtained by analysis on the surface of the sample to be measured. Between the depth from the sample surface to the analysis position (hereinafter, also referred to as "detection depth") and the photoelectron extraction angle, the following equation is generally used:
Detection depth ≒ mean free path of electrons x 3 x sin θ
(In the equation, the detection depth is the depth at which 95% of the photoelectrons constituting the X-ray photoelectron spectroscopic spectrum are generated, and θ is the photoelectron extraction angle.)
Can hold. From the above equation, it is understood that the smaller the photoelectron extraction angle is, the shallower the depth from the sample surface can be analyzed, and the larger the photoelectron extraction angle is, the deeper the part can be analyzed. For example, in an analysis performed by XPS at a photoelectron extraction angle of 10 degrees, the analysis position is usually a very surface layer portion having a depth of about several nm from the sample surface. Among the X-ray photoelectron spectroscopy spectra (horizontal axis: bond energy (eV), vertical axis: intensity) obtained by analysis performed by XPS, for example, the C1s spectrum provides information on the energy peak of the 1s orbit of carbon atom C. Includes. The elemental composition of the material within the measurement range can be determined, for example, by wide scan measurement (scan range: 0 to 1000 eV, energy resolution: 1 eV / step, etc.). The ratio of can be calculated. The binding state of a particular element can be analyzed by narrow scan measurements (scan range: 1s spectral range of that element, energy resolution: 0.1 eV, etc.). For example, in the C1s spectrum, the CH and CC peaks are located at about 284.6 eV, the CN peaks are located at about 285.7 eV, and the CO peaks are located at about 286.1 eV. However, the peak of C = O is located at about 288 eV, and the peak of O—C—O is located at about 289 eV. The position of the eV peak for each bond of other carbon or other elements is known or can be readily determined by one of ordinary skill in the art. XPS analysis can be performed, for example, on a surface with an area of 0.1 mm 2 of the material.

本明細書において「樹脂」とは、同一の重合性化合物の重合体または異なる構造の2つ以上の重合性化合物の重合体を指し、単一重合体(ホモポリマー)および共重合体(コポリマー)を含む。 As used herein, the term "resin" refers to a polymer of the same polymerizable compound or a polymer of two or more polymerizable compounds having different structures, and refers to a homopolymer and a copolymer. include.

本明細書において、用語「約」は、特に別の定義が示されない限り、示された値プラスまたはマイナス10%を指す。比率について使用する「約」は、示された比(X:Yなどと記載される)の左の値(X)のプラスまたはマイナス10%の比を指す。「約」が、温度について使用される場合、示された温度プラスまたはマイナス5℃を指す。 As used herein, the term "about" refers to the value shown plus or minus 10%, unless otherwise defined. As used for ratio, "about" refers to the ratio of plus or minus 10% of the left value (X) of the indicated ratio (denoted as X: Y, etc.). "About", when used for temperature, refers to the indicated temperature plus or minus 5 ° C.

(好ましい実施形態)
一つの局面において、本開示は、材料を表面改質する方法を提供し、この方法は、(1)材料の表面(例えば、10nm以内)の酸化レベルがX線光電子分光法(XPS)により測定した場合に特定の数値範囲となるように、材料を酸化処理するステップと、(2)酸化処理した材料を表面コーティングステップと、を含む。好ましい実施形態では、酸化処理するステップは、赤外線吸収スペクトルで検出可能なレベルを下回る材料の表面の酸化レベルを達成するように実施され得る。また、本開示は、表面改質した材料と第2材料とを界面密着または接着させるステップを含む、接着材料を製造する方法を提供する。本明細書において、「界面密着させる」とは、材料間を直接結合させることを意味する。本明細書において、「接着させる」とは、材料間を接着剤を介して結合させることを意味する。
(Preferable embodiment)
In one aspect, the present disclosure provides a method of surface modification of a material, which: (1) measures the oxidation level of the surface of the material (eg, within 10 nm) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). This includes a step of oxidizing the material and (2) a step of surface-coating the oxidized material so as to have a specific numerical range. In a preferred embodiment, the oxidation treatment step can be carried out to achieve oxidation levels on the surface of the material that are below detectable levels in the infrared absorption spectrum. The present disclosure also provides a method for producing an adhesive material, which comprises a step of interfacially adhering or adhering a surface-modified material to a second material. As used herein, the term "interfacially adhered" means that the materials are directly bonded to each other. As used herein, "adhering" means bonding materials together via an adhesive.

一つの局面において、本開示は、繊維材料が第2材料内に含まれている繊維複合材料を製造する方法を提供し、方法は、(1)繊維材料および第2材料の少なくとも1つを酸化処理するステップと、(2)酸化処理するステップの後に繊維材料と第2材料との界面密着または接着させるステップと、(3)第2材料を融解して、繊維複合材料を得るステップと、を含む。好ましい実施形態では、第2材料は樹脂材料(ゴムを含む)である。 In one aspect, the present disclosure provides a method of producing a fibrous composite in which a fibrous material is contained within a second material, the method: (1) oxidizing at least one of the fibrous material and the second material. A step of processing, (2) a step of interfacially adhering or adhering the fiber material and the second material after the step of oxidation treatment, and (3) a step of melting the second material to obtain a fiber composite material. include. In a preferred embodiment, the second material is a resin material (including rubber).

一つの局面において、本開示は、従来達成できなかったレベルの高強度の複合材料(例えば、繊維複合材料)を提供する。 In one aspect, the present disclosure provides high-strength composites (eg, fiber composites) at levels previously unattainable.

(材料)
本開示において界面密着または接着させる材料は、特に限定されないが、ポリマー素材、金属、ガラス、セラミック、シリコン、炭素素材、木材、これらの複合素材の材料などが挙げられ、任意のこれらの材料間の界面密着または接着させることが企図される。
(material)
In the present disclosure, the material to be interfacially adhered or adhered is not particularly limited, and examples thereof include polymer materials, metals, glass, ceramics, silicon, carbon materials, woods, materials of these composite materials, and any materials among these materials. It is intended to be interfacially adhered or adhered.

一つの実施形態において、ポリマー素材(例えば、樹脂(ゴムを含む))として、(1)付加重合体:オレフィン、ビニル化合物、ビニリデン化合物およびその他の炭素−炭素二重結合を有する化合物からなる群から選ばれる単量体の単独重合体または共重合体、(2)フッ素樹脂:ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、パーフルオロエチレンープロピレン共重合体、パーフルオロエチレンプロペン共重合体、エチレンーテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチン、エチレンークロロトリフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレンーパーフルオロジオキソール共重合体、ポリフッ化ビニル、(3)重縮合体:ポリエステル(ポリエチレンテレフタレートや脂肪族および全芳香族ポリエステルを含む)、ポリカーボネート、ポリベンゾエート、ポリイミド、ポリアミド(ナイロンを始めとする脂肪族ポリアミドおよび芳香族ポリアミドを含む)、(4)付加縮合体:フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、またはこれらの重合体、(5)重付加生成物:ポリウレタン、ポリ尿素など、またはこれらの重合体、(6)開環重合体:シクロプロパン、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ラクトン、ラクタムなどの単独重合体または共重合体、(7)環化重合体:ジビニル化合物(例えば、1,4−ペンタジエン)、ジイン化合物(例えば、1,6−ヘプタジイン)などの単独重合体または共重合体、(8)異性化重合体:例えばエチレンとイソブテンの交互共重合体など、(9)電解重合体:ピロール、アニリン、アセチレンなどの単独重合体または共重合体、(10)ケイ素樹脂、シリコン樹脂、(11)アルデヒドまたはケトンのポリマー、(12)ポリエーテルスルホン、(13)天然ポリマー:セルロース、タンパク質、多糖類などが挙げられる。その他のポリマー素材(例えば、樹脂)として、ポリアセタール、ポリフェノール、ポリフェニレンエーテル、ポリアルキルパラオキシベンゾエート、ポリイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリ−p−フェニレンベンゾビスチアゾール、ポリ−p−フェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンズオキサゾール、繊維ではアセテート、再生セルロース繊維(レーヨン、キュプラ、ポリノジック等)、ビニロン、ビニルアルコールと塩化ビニルの共重合体の繊維などが挙げられる。 In one embodiment, the polymer material (eg, resin (including rubber)) consists of (1) an addition polymer: an olefin, a vinyl compound, a vinylidene compound and other compounds having a carbon-carbon double bond. Homopolymer or copolymer of selected monomer, (2) Fluororesin: Polytetrafluoroethylene, Perfluoroalkoxyalkane, Perfluoroethylene-propylene copolymer, Perfluoroethylenepropene copolymer, Ethylene-tetra Fluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polychlorotrifluoroethane, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluorodioxol copolymer, polyvinylfluoride, (3) polycondensate: Polyester (including polyethylene terephthalate and aliphatic and total aromatic polyester), polycarbonate, polybenzoate, polyimide, polyamide (including aliphatic polyamide including nylon and aromatic polyamide), (4) Additive condensate: phenol resin , Urea resin, melamine resin, xylene resin, or polymers thereof, (5) polyaddition products: polyurethane, polyurea, etc., or polymers thereof, (6) ring-opening polymers: cyclopropane, ethylene oxide, Homopolymers or copolymers such as propylene oxide, lactone and lactam, (7) cyclized polymer: divinyl compound (for example, 1,4-pentadiene), diyne compound (for example, 1,6-heptadiine) and the like alone. Polymers or copolymers, (8) isomerized polymers: eg alternating copolymers of ethylene and isobutene, (9) electrolytic polymers: homopolymers or copolymers such as pyrrole, aniline, acetylene, (10). ) Silicon resin, silicon resin, (11) aldehyde or ketone polymer, (12) polyether sulfone, (13) natural polymer: cellulose, protein, polysaccharide and the like. Other polymer materials (eg, resins) include polyacetal, polyphenol, polyphenylene ether, polyalkylparaoxybenzoate, polyimide, polybenzimidazole, poly-p-phenylene benzobisthiazole, poly-p-phenylene benzobisoxazole, polybenzothiazole. , Polybenzoxasol, acetate as the fiber, regenerated cellulose fiber (rayon, cupra, polynosic, etc.), vinylon, fiber of a copolymer of vinyl alcohol and vinyl chloride, and the like.

ポリマー素材(例えば、樹脂(ゴムを含む))を形成する単量体としてのビニル化合物、ビニリデン化合物およびその他の炭素−炭素二重結合を有する化合物として、エチレン、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1、4−メチル−ペンテン−1、オクテン−1、塩化ビニル、スチレン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸またはメタクリル酸のエステル、酢酸ビニル、ビニルエーテル類、ビニルカルバゾール、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン、イソブチレン、無水マレイン酸、無水ピロメリット酸、1ーブテン酸、四フッ化エチレン、三フッ化塩化エチレン、ブタジエン、イソプレン、クロロプレンなどが挙げられる。具体的なポリマー素材(例えば、樹脂)の例としては、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、アクリル、ポリ酢酸ビニル、AS(アクリロニトリル−スチレン共重合体)、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体)、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアリルジグリコールカーボネート、ブタジエンを含む共重合体、合成ゴム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、レーヨン、キュプラ、ポリスチレン(PS)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリアラミド、ポリイミド、ポリアミド(ナイロン)、ポリメチルペンテン(三井化学のTPX(登録商標))、ビニロン、木綿、麻、絹、羊毛、などが挙げられる。 Ethylene, propylene, butene-1, penten-1 as a vinyl compound as a monomer forming a polymer material (for example, a resin (including rubber)), a vinylidene compound, and other compounds having a carbon-carbon double bond. , Hexen-1,4-methyl-pentene-1, octene-1, vinyl chloride, styrene, acrylic acid, methacrylic acid, acrylic acid or ester of methacrylic acid, vinyl acetate, vinyl ethers, vinyl carbazole, acrylonitrile, vinylidene chloride, Examples thereof include vinylidene fluoride, isobutylene, maleic anhydride, pyromellitic anhydride, 1-butenoic acid, ethylene tetrafluoride, ethylene trifluoride, butadiene, isoprene and chloroprene. Examples of specific polymer materials (for example, resins) include polyester, polypropylene, polyethylene, polyolefin, acrylic, polyvinyl acetate, AS (acrylonitrile-styrene copolymer), ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer). , Polycarbonate, Polyethylene terephthalate, Polybutylene terephthalate, Polymethylmethacrylate, Polyallyl diglycol carbonate, Polymer containing butadiene, Synthetic rubber, Polyether ether ketone (PEEK), Rayon, Cupra, Polystyrene (PS), Polyphenylene sulfide (PPS), polyaramid, polyimide, polyamide (nylon), polymethylpentene (TPX (registered trademark) of Mitsui Chemicals, Inc.), vinylon, cotton, linen, silk, wool, and the like.

一つの実施形態において、ポリマー素材(例えば、樹脂)は、単独種のポリマーから形成されていてもよいし、複数種のポリマーの混合物から形成されていてもよい。一つの実施形態において、ポリマー素材(例えば、樹脂)は、熱可塑性であってもよいし、熱硬化性であってもよい。 In one embodiment, the polymer material (eg, resin) may be formed from a single polymer or a mixture of multiple polymers. In one embodiment, the polymeric material (eg, resin) may be thermoplastic or thermosetting.

一つの実施形態において、材料は、繊維、織物、不織布、布、板、フィルム、シート、管、棒、中空容器、箱、発泡体、積層体などの形状を有し得るが、特に限定されない。 In one embodiment, the material may have shapes such as fibers, woven fabrics, non-woven fabrics, cloths, boards, films, sheets, tubes, rods, hollow containers, boxes, foams, laminates, etc., but is not particularly limited.

一つの実施形態において、材料(例えば、ポリマー素材)には、酸化防止剤、安定剤、造核剤、難燃剤、充填剤、発泡剤、帯電防止剤などの添加剤が含まれていてもよい。 In one embodiment, the material (eg, a polymeric material) may contain additives such as antioxidants, stabilizers, nucleating agents, flame retardants, fillers, foaming agents, antistatic agents and the like. ..

(処理)
一つの実施形態において、表面改質処理の前に、材料の表面を洗浄して不純物を除去してもよい。一つの実施形態において、材料の溶解度パラメータと約0.5〜10、例えば、約0.5、約1、約1.5、約2、約3、約4、約5、約6、約7、約8、約9、約10またはこれらの値のうち任意の2つの間の範囲だけ異なるSP値を有する溶剤または溶剤の混合物で材料が洗浄され得る。例えば、ポリオレフィン、シリコン樹脂、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどはアルコールまたはトルエンで洗浄することが好ましく行われる。アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリカーボネート、ポリウレタンなどはアルコールで洗浄するのが好ましい。レーヨン、キュプラなどのセルロース系材料は洗剤で洗浄後、アルコールで洗浄するのが好ましい。一つの実施形態において、シリコンオイルは、本明細書に記載の酸化処理するステップにおいて材料表面の酸化を阻害し得るので、除去ずることが好ましい。シリコンオイルを除去するために、例えば、溶解度パラメータ=約7〜10(例えば、約7、約8、約9、約10またはこれらの値のうち任意の2つの間の範囲など)の溶剤、イソプロピルアルコール、naxシリコンオフSP(日本ペイント)などの洗浄剤で材料の表面を洗浄してもよい。一つの実施形態において、材料は、材料の体積の約0.05〜1倍、例えば、約0.05、約0.1、約0.2、約0.3、約0.4、約0.5、約0.7、約1倍またはこれらの値のうち任意の2つの間の範囲の体積の洗浄剤で洗浄され得る。一つの実施形態において、材料は2〜5回洗浄剤で洗浄され得る。一つの実施形態において、洗浄は、材料の表面を溶解しないような溶剤および温度の組み合わせで実施され得る。
(process)
In one embodiment, the surface of the material may be washed to remove impurities prior to the surface modification treatment. In one embodiment, the solubility parameters of the material and about 0.5-10, eg, about 0.5, about 1, about 1.5, about 2, about 3, about 4, about 5, about 6, about 7. , About 8, about 9, about 10, or a solvent or solvent mixture having SP values that differ by a range between any two of these values. For example, polyolefins, silicon resins, fluororesins, polyvinyl chlorides, polyvinylidene chlorides and the like are preferably washed with alcohol or toluene. Acetate, nylon, polyester, polystyrene, acrylic resin, polyvinyl acetate, polycarbonate, polyurethane and the like are preferably washed with alcohol. Cellulose-based materials such as rayon and cupra are preferably washed with detergent and then with alcohol. In one embodiment, the silicone oil is preferably removed as it can inhibit the oxidation of the material surface during the oxidation treatment steps described herein. To remove the silicone oil, for example, a solvent with a solubility parameter = about 7-10 (eg, about 7, about 8, about 9, about 10 or a range between any two of these values), isopropyl. The surface of the material may be cleaned with a cleaning agent such as alcohol or nex silicon off SP (Nippon Paint). In one embodiment, the material is about 0.05 to 1 times the volume of the material, eg, about 0.05, about 0.1, about 0.2, about 0.3, about 0.4, about 0. It can be washed with a cleaning agent in a volume ranging from .5, about 0.7, about 1x or any two of these values. In one embodiment, the material can be washed with detergent 2-5 times. In one embodiment, cleaning can be performed with a combination of solvent and temperature that does not dissolve the surface of the material.

一つの実施形態において、表面改質処理の前に、材料表面に傷をつける(やすりでこするなど)ことで粗面化処理してもよく、この処理によって界面密着または接着する面積が増え、形成される複合材料の強度が向上し得る。一つの実施形態において、表面改質処理の前に、材料(特に、ポリマー素材)を含浸処理してもよい。含浸処理とは、材料に親和性のある化合物(含浸剤)を材料の軟化点以下の温度で接触させて、含浸剤を材料表面に導入する処理である。含浸処理によって、材料が実質的に変形しないことが好ましい。含浸剤が材料の非結晶領域にしみ込んで、材料内部に隙間が形成され得る。含浸処理は、表面改質処理における酸化処理するステップ、グラフト化するステップなどを容易にし得る。材料に親和性のある任意の化合物が含浸剤として使用され得る。一つの実施形態において、含浸剤は、材料の溶解度パラメータ(SP値)より約0.5、約1、約2、約3、約4または約5だけ異なるSP値を有する溶剤または溶剤の混合物であり得る。常温で材料を溶解する溶剤であっても、低温かつ/または短時間で使用すれば含浸剤として使用され得る。含浸剤は、材料の種類に対応して選択することができ、例えば、ポリプロピレン材料には、トルエン、キシレン、デカリン、テトラリン、シクロヘキサン、ジクロロエタン1容量およびエタノール4容量の混合物などを含浸剤として使用でき、ポリエチレン材料には、トルエン、キシレン、α−クロルナフタレン、ジクロロベンゼン1容量およびメタノール1容量の混合物などを含浸剤として使用でき、ポリスチレン材料には、トルエン1容量およびメタノール10容量の混合物などを含浸剤として使用でき、ポリエチレンテレフタレート材料には、フェノール1容量およびヘキサン10容量の混合物などを含浸剤として使用でき。 In one embodiment, the surface of the material may be roughened by scratching (rubbing with a file, etc.) before the surface modification treatment, and this treatment increases the area of interfacial adhesion or adhesion. The strength of the composite material formed can be improved. In one embodiment, the material (particularly the polymeric material) may be impregnated prior to the surface modification treatment. The impregnation treatment is a treatment in which a compound (impregnating agent) having an affinity for the material is brought into contact with the material at a temperature equal to or lower than the softening point of the material, and the impregnating agent is introduced into the surface of the material. It is preferable that the material is not substantially deformed by the impregnation treatment. The impregnant can soak into the amorphous region of the material and create gaps inside the material. The impregnation treatment can facilitate the steps of oxidation treatment, grafting, etc. in the surface modification treatment. Any compound that has an affinity for the material can be used as the impregnating agent. In one embodiment, the impregnating agent is a solvent or solvent mixture having an SP value that differs by about 0.5, about 1, about 2, about 3, about 4 or about 5 from the solubility parameter (SP value) of the material. could be. Even a solvent that dissolves a material at room temperature can be used as an impregnating agent if used at a low temperature and / or for a short time. The impregnating agent can be selected according to the type of material. For example, for the polypropylene material, a mixture of toluene, xylene, decalin, tetraline, cyclohexane, dichloroethane (1 volume) and ethanol (4 volumes) can be used as the impregnating agent. , A mixture of toluene, xylene, α-chloronaphthalene, 1 volume of dichlorobenzene and 1 volume of methanol can be used as an impregnating agent in the polyethylene material, and a mixture of 1 volume of toluene and 10 volumes of methanol is impregnated in the polystyrene material. It can be used as an agent, and a mixture of 1 volume of phenol and 10 volumes of hexane can be used as an impregnating agent for the polyethylene terephthalate material.

一つの実施形態において、本開示の表面改質は、材料表面を酸化処理するステップを含む。一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、この材料の表面の深さ10nm以内の(主要な元素と酸素との結合(例えば、C−O結合、Si−O結合など))/(全同元素(例えば、炭素、ケイ素)結合)%が、酸化処理前より約1〜20%、約1.5〜15%、または約2〜10%だけ増大するように実施され得る。一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、この材料の表面の深さ10nm以内の(主要な元素と酸素との結合(例えば、C−O結合、Si−O結合など))/(全同元素(例えば、炭素、ケイ素)結合)%が、約3〜25%、約4〜20%または約5〜15%となるように実施され得る。 In one embodiment, the surface modification of the present disclosure comprises the step of oxidizing the surface of the material. In one embodiment, the oxidation treatment of a material, when measured by XPS, has a surface depth of 10 nm or less (bonds between major elements and oxygen (eg, CO bonds, Si—O bonds, etc.)). )) / (All same elements (eg, carbon, silicon) bonds)% is increased by about 1-20%, about 1.5-15%, or about 2-10% from before the oxidation treatment. obtain. In one embodiment, the oxidation treatment of a material, when measured by XPS, is within a depth of 10 nm on the surface of the material (bonds between major elements and oxygen (eg, CO bonds, Si—O bonds, etc.). )) / (All same elements (eg, carbon, silicon) bonds)% can be such that it is about 3-25%, about 4-20% or about 5-15%.

一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、この材料の表面の深さ10nm以内の水素を除く全原子中の酸素原子の割合が、酸化処理前より約1〜20%、約1.5〜15%または約2〜10%だけ増大するように実施され得る。一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、この材料の表面の深さ10nm以内の水素を除く全原子中の酸素原子の割合が、約3〜25%、約4〜20%または約5〜15%となるように実施され得る。 In one embodiment, in the oxidation treatment of the material, when measured by XPS, the ratio of oxygen atoms in all atoms excluding hydrogen having a depth of 10 nm or less on the surface of the material is about 1 to 20% of that before the oxidation treatment. , Can be implemented to increase by about 1.5-15% or about 2-10%. In one embodiment, in the oxidation treatment of a material, when measured by XPS, the ratio of oxygen atoms to all atoms excluding hydrogen having a depth of 10 nm or less on the surface of the material is about 3 to 25%, about 4 to 4. It can be carried out to be 20% or about 5-15%.

一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、ブロック状のポリプロピレン素材の材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が、酸化処理前より約1〜20%、約1.5〜15%、または約2〜10%だけ増大するような条件で実施され得る。一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、ブロック状のポリプロピレン素材の材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が、約3〜25%、約4〜20%または約5〜15%となるような条件で実施され得る。 In one embodiment, the oxidation treatment of the material is such that (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the block-shaped polypropylene material material is oxidized when measured by XPS. It can be carried out under conditions that increase by about 1-20%, about 1.5-15%, or about 2-10% from the previous. In one embodiment, the oxidation treatment of the material has a (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the block-shaped polypropylene material as measured by XPS, which is about 3. It can be carried out under conditions such as ~ 25%, about 4-20% or about 5-15%.

一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、ブロック状のポリプロピレン素材の材料の表面の深さ10nm以内の水素を除く全原子中の酸素原子の割合が、酸化処理前より約1〜20%、約1.5〜15%または約2〜10%だけ増大するような条件で実施され得る。一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、ブロック状のポリプロピレン素材の材料の表面の深さ10nm以内の水素を除く全原子中の酸素原子の割合が、約3〜25%、約4〜20%または約5〜15%となるような条件で実施され得る。 In one embodiment, in the oxidation treatment of the material, when measured by XPS, the ratio of oxygen atoms in all atoms excluding hydrogen within a depth of 10 nm on the surface of the block-shaped polypropylene material is higher than that before the oxidation treatment. It can be carried out under conditions that increase by about 1-20%, about 1.5-15% or about 2-10%. In one embodiment, in the oxidation treatment of the material, the ratio of oxygen atoms in all atoms excluding hydrogen within a depth of 10 nm on the surface of the block-shaped polypropylene material is about 3 to 25 when measured by XPS. It can be carried out under conditions such as%, about 4-20% or about 5-15%.

一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、ブロック状のポリプロピレン素材の材料の表面の深さ10nm以内の酸素原子/炭素原子比が、酸化処理前より約1〜20%、約1.5〜15%または約2〜10%だけ増大するような条件で実施され得る。一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、ブロック状のポリプロピレン素材の材料の表面の深さ10nm以内の酸素原子/炭素原子比が、約3〜25%、約4〜20%または約5〜15%となるような条件で実施され得る。 In one embodiment, in the oxidation treatment of the material, the oxygen atom / carbon atom ratio within a depth of 10 nm on the surface of the block-shaped polypropylene material material is about 1 to 20% as compared with that before the oxidation treatment when measured by XPS. , Can be carried out under conditions such as an increase of about 1.5-15% or about 2-10%. In one embodiment, the oxidation treatment of the material has an oxygen atom / carbon atom ratio of about 3 to 25% and about 4 to 4 to a depth of 10 nm or less on the surface of the block-shaped polypropylene material when measured by XPS. It can be carried out under conditions such as 20% or about 5-15%.

上記のXPS測定における線源は、例えば、Cr Kα線、Al Kα線などであり得る。上記のXPS測定における入射角は、例えば、約10°、約20°、約30°、約40°、約50°、約60°、約70°、約80°または約90°であり得る。上記のXPS測定における取り出し角は、例えば、約10°、約20°、約30°、約40°、約50°、約60°、約70°、約80°または約90°であり得る。上記のXPS測定における原子数または結合数は、1sの測定結果のみから得られた値であり得る。上記のXPS測定は、酸化処理後、材料を洗浄して実施され得る。 The radiation source in the above XPS measurement may be, for example, Cr Kα ray, Al Kα ray, or the like. The angles of incidence in the above XPS measurements can be, for example, about 10 °, about 20 °, about 30 °, about 40 °, about 50 °, about 60 °, about 70 °, about 80 ° or about 90 °. The take-out angles in the above XPS measurements can be, for example, about 10 °, about 20 °, about 30 °, about 40 °, about 50 °, about 60 °, about 70 °, about 80 ° or about 90 °. The number of atoms or the number of bonds in the above XPS measurement can be a value obtained only from the measurement result of 1s. The above XPS measurement can be performed by washing the material after the oxidation treatment.

酸化処理による酸素の導入の程度は、赤外線吸収スペクトルでも測定でき、例えば、酸化処理した材料において導入されたカルボニル基に基づく吸収の吸光度と、未変化の結晶部分の構造に基づく吸収の吸光度との比により評価でき、例えばポリプロピレン材料の場合には、導入されたカルボニル基に基づく1710cm−1付近の吸光度と未変化の結晶部分メチル基に基づく吸収の973cm−1での吸光度の比が酸素の導入の指標となり得る。しかし、発明者らは、一般に赤外線吸収スペクトルで検出可能な程度の酸化処理は過度であり、むしろ接着材料または複合材料の強度を低下させ得ることを見出し、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に上記の特定の数値範囲となるような酸化処理の程度が好ましいことを見出した。特に、繊維形状またはフィルム形状の材料を使用した接着材料または複合材料において過度の酸化処理は強度の低下をもたらし得る。酸化処理の程度は、処理の時間などを調整することによって当業者が容易に設定できる。 The degree of oxygen introduction by the oxidation treatment can also be measured by the infrared absorption spectrum. For example, the absorbance of the absorption based on the carbonyl group introduced in the oxidized material and the absorbance of the absorption based on the structure of the unchanged crystal portion. be evaluated by the ratio, for example, when polypropylene materials are introduced ratio of absorbance at absorption of 973 cm -1 based on the crystalline portion of methyl groups of the absorbance and unchanged around 1710 cm -1 based on the introduced carbonyl groups is oxygen Can be an indicator of. However, the inventors have found that the oxidation treatment to the extent that it can be detected in the infrared absorption spectrum is generally excessive, and rather can reduce the strength of the adhesive material or the composite material, and is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It has been found that the degree of oxidation treatment is preferable so that the above-mentioned specific numerical range is obtained. Excessive oxidation treatment can result in reduced strength, especially in adhesives or composites using fibrous or film shaped materials. The degree of oxidation treatment can be easily set by those skilled in the art by adjusting the treatment time and the like.

一つの実施形態において、本明細書に記載の方法は、繊維材料(繊維形状の材料の他にフィルム形状の材料も含み得る)の表面を酸化処理するステップを含む。繊維材料は、任意の素材であってよく、例えば、本明細書に記載のポリマー素材(例えば、樹脂)、金属、ガラス、炭素素材、またはこれらの複合素材の材料であり得る。一つの実施形態において、繊維材料の素材は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、アクリル、ポリ酢酸ビニル、レーヨン、キュプラ、ビニロン、ポリスチレン(PS)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリアラミド、ポリイミドまたはポリアミドであり得る。一つの実施形態において、繊維材料は、複数の繊維材料を混合した混合繊維材料であり得る。特に、高強度の繊維(炭素繊維、ガラス繊維など)と、高いじん性を有する繊維(ポリプロピレン繊維など)との混合繊維を使用して、繊維樹脂複合材料を作製することで高い強度および高いじん性の両方が達成され得る。一つの実施形態において、繊維材料は、これらに限定されないが、約10nm〜約1000μm、例えば、約10nm〜約1000μm、約100nm〜約1000μm、約1μm〜約1000μm、約10μm〜約1000μm、約100μm〜約1000μm、約10nm〜約100μm、約100nm〜約100μm、約1μm〜約100μm、約10μm〜約100μm、約10nm〜約10μm、約100nm〜約10μm、約1μm〜約10μm、約10nm〜約1μm、約100nm〜約1μmまたは約10nm〜約100nmの直径を有し得る。直径が小さいほど低い酸化処理の程度が好ましくあり得る。一つの実施形態において、繊維材料は、細い直径(例えば、約1μm〜約100μm)のフィラメントが撚り合わされてより太い直径(例えば、約100μm〜約1000μm)の繊維を形成していてもよい。 In one embodiment, the method described herein comprises the step of oxidizing the surface of a fibrous material (which may include a film-shaped material as well as a fibrous-shaped material). The fibrous material may be any material and may be, for example, a polymeric material (eg, a resin), a metal, glass, carbon material, or a composite material thereof as described herein. In one embodiment, the material of the fiber material is polyester, polypropylene, polyethylene, nylon, acrylic, polyvinyl acetate, rayon, cupra, vinylon, polystyrene (PS), polyphenylene sulfide (PPS), polyaramid, polyimide or polyamide. could be. In one embodiment, the fibrous material can be a mixed fibrous material in which a plurality of fibrous materials are mixed. In particular, high strength and high dust are produced by producing a fibrous resin composite material using a mixed fiber of a high-strength fiber (carbon fiber, glass fiber, etc.) and a fiber having high toughness (polypoly fiber, etc.). Both sexes can be achieved. In one embodiment, the fibrous material is, but is not limited to, about 10 nm to about 1000 μm, eg, about 10 nm to about 1000 μm, about 100 nm to about 1000 μm, about 1 μm to about 1000 μm, about 10 μm to about 1000 μm, about 100 μm. ~ About 1000 μm, about 10 nm ~ about 100 μm, about 100 nm ~ about 100 μm, about 1 μm ~ about 100 μm, about 10 μm ~ about 100 μm, about 10 nm ~ about 10 μm, about 100 nm ~ about 10 μm, about 1 μm ~ about 10 μm, about 10 nm ~ about It can have a diameter of 1 μm, about 100 nm to about 1 μm or about 10 nm to about 100 nm. The smaller the diameter, the lower the degree of oxidation treatment may be preferable. In one embodiment, the fiber material may be twisted with filaments of fine diameter (eg, about 1 μm to about 100 μm) to form fibers of thicker diameter (eg, about 100 μm to about 1000 μm).

酸化処理するステップは、プラズマ処理、オゾン処理、紫外線照射処理、高圧放電処理、化学酸化などによって実施することができる。 The step of oxidation treatment can be carried out by plasma treatment, ozone treatment, ultraviolet irradiation treatment, high-pressure discharge treatment, chemical oxidation and the like.

オゾン処理は、材料の表面をオゾンに暴露する処理である。暴露方法は、オゾンが存在する雰囲気に材料を所定時間保持する方法、オゾン気流中に材料を所定時間暴露する方法など任意の方法であり得る。オゾンは、空気、酸素ガスまたは酸素添加空気などの酸素含有気体をオゾン発生装置に供給することによって発生させることができ、オゾン含有気体を、材料を保持してある容器などに導入して、オゾン処理を行うことができる。本明細書に記載の材料の酸化の程度となるように、オゾン含有気体中のオゾン濃度、暴露時間、暴露温度などの条件を、材料に応じて決定できる。 Ozone treatment is a treatment that exposes the surface of a material to ozone. The exposure method may be any method such as a method of holding the material in an atmosphere in which ozone is present for a predetermined time, a method of exposing the material in an ozone stream for a predetermined time, and the like. Ozone can be generated by supplying an oxygen-containing gas such as air, oxygen gas, or oxygen-added air to an ozone generator, and the ozone-containing gas is introduced into a container or the like holding a material to generate ozone. Processing can be performed. Conditions such as the ozone concentration in the ozone-containing gas, the exposure time, and the exposure temperature can be determined according to the material so as to obtain the degree of oxidation of the material described in the present specification.

プラズマ処理は、材料を、アルゴン、ネオン、ヘリウム、窒素、二酸化窒素、酸素あるいは空気等を含む容器内におき、グロー放電により生ずるプラズマに暴露する処理である。アルゴンやネオンなどの不活性ガスが低圧で存在する場合、材料表面は発生したプラズマの攻撃を受け、その表面にラジカルが発生し得る。その後、空気に暴露されることにより、ラジカルは酸素と結合して、材料表面にカルボン酸基やカルボニル基、アミノ基などが導入され得る。本明細書に記載の材料の酸化の程度となるように、グロー放電の強度、時間、ガスの種類などの条件を、材料に応じて決定できる。 Plasma treatment is a treatment in which a material is placed in a container containing argon, neon, helium, nitrogen, nitrogen dioxide, oxygen, air, etc., and exposed to plasma generated by glow discharge. When an inert gas such as argon or neon is present at low pressure, the surface of the material can be attacked by the generated plasma and radicals can be generated on the surface. After that, when exposed to air, the radicals can be combined with oxygen to introduce a carboxylic acid group, a carbonyl group, an amino group, or the like on the surface of the material. Conditions such as the intensity of glow discharge, the time, and the type of gas can be determined according to the material so as to be the degree of oxidation of the material described in the present specification.

紫外線照射処理は、材料の表面に紫外線を照射する処理である。紫外線を照射する光源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプなどを用いることができる。一つの実施形態において、照射前に紫外線吸収性溶剤で材料の表面を処理してもよい。本明細書に記載の材料の酸化の程度となるように、紫外線の波長、強度、照射時間などの条件を、材料に応じて決定できる。一つの実施形態において、紫外線の波長は、360nmまたはそれ以下であり得る。 The ultraviolet irradiation treatment is a process of irradiating the surface of a material with ultraviolet rays. As a light source for irradiating ultraviolet rays, a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultra-high-pressure mercury lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, or the like can be used. In one embodiment, the surface of the material may be treated with a UV-absorbing solvent prior to irradiation. Conditions such as the wavelength, intensity, and irradiation time of ultraviolet rays can be determined according to the material so as to be the degree of oxidation of the material described in the present specification. In one embodiment, the wavelength of ultraviolet light can be 360 nm or less.

高圧放電処理は、トンネル状の処理装置内で材料を移動させながら、処理装置の内側の壁面に多数設置された電極間に数十万ボルトの高電圧を加え、空気中で放電させる処理である。本明細書に記載の材料の酸化の程度となるように、放電の強度、時間などの条件を、材料に応じて決定できる。 The high-voltage discharge process is a process in which a high voltage of several hundred thousand volts is applied between a large number of electrodes installed on the inner wall surface of the processing device while moving the material in the tunnel-shaped processing device to discharge the material in the air. .. Conditions such as discharge intensity and time can be determined according to the material so as to be the degree of oxidation of the material described in the present specification.

コロナ放電処理は、接地された金属ロールとそれに数mmの間隔で置かれた針金状の電極との間に数千ボルトの高電圧をかけてコロナ放電を発生させ、この放電中の電極−ロール間に材料を通過させる処理である。本明細書に記載の材料の酸化の程度となるように、放電の強度、時間などの条件を、材料に応じて決定できる。 In the corona discharge process, a high voltage of several thousand volts is applied between a grounded metal roll and a wire-shaped electrode placed at intervals of several mm to generate a corona discharge, and the electrode-roll during this discharge is performed. It is a process of passing the material between them. Conditions such as discharge intensity and time can be determined according to the material so as to be the degree of oxidation of the material described in the present specification.

化学酸化は、酸化能を有する化合物(酸化剤)を材料表面に適用する酸化処理である。酸化剤は、当該技術分野において任意の好適なものを当業者が適宜選択できる。 Chemical oxidation is an oxidation treatment in which a compound having an oxidizing ability (oxidizing agent) is applied to the surface of a material. As the oxidizing agent, those skilled in the art can appropriately select any suitable oxidizing agent in the art.

一つの実施形態において、オゾン処理以外の材料表面を酸化処理する処理は、材料に放射することによって表面を酸化するため、不織布のような繊維集合体などの材料の形状によって影になる部分が存在する場合、オゾン処理が好ましい。 In one embodiment, the treatment of oxidizing the surface of the material other than the ozone treatment oxidizes the surface by radiating to the material, so that there is a shadowed portion depending on the shape of the material such as a fiber aggregate such as a non-woven fabric. If so, ozone treatment is preferable.

一つの実施形態において、表面コーティングするステップは、酸化処理した材料に(ア)親水性ビニルモノマーをグラフトすること、(イ)親水性モノマーをグラフトし、親水性ポリマーを塗布すること、(ウ)親水性ポリマーを塗布すること、(エ)親水性ポリマーを塗布し、親水性モノマーをグラフトすること、または(オ)ビニルエステルモノマーをグラフトし、加水分解に供することを含む。モノマーおよびポリマーが親水性であるかどうかは、ヒドロキシル基、カルボキシル基、リン酸基またはスルホ基の存在、あるいは水に対する溶解性に基づき当業者に通常理解される。これらのモノマーおよびポリマーの具体例は、本明細書の別の箇所に記載される。 In one embodiment, the surface coating steps include (a) grafting a hydrophilic vinyl monomer to the oxidized material, (b) grafting a hydrophilic monomer and applying a hydrophilic polymer, (c). This includes applying a hydrophilic polymer, (d) applying a hydrophilic polymer and grafting a hydrophilic monomer, or (e) grafting a vinyl ester monomer and subjecting it to hydrolysis. Whether the monomers and polymers are hydrophilic is usually understood by those skilled in the art based on the presence of hydroxyl, carboxyl, phosphate or sulfo groups, or their solubility in water. Specific examples of these monomers and polymers are described elsewhere herein.

一つの実施形態において、表面コーティングするステップは、酸化処理した材料の重量を実質的に増加させない。通常のグラフト化処理は、試料の重量を10〜20%増大させることもあり、この場合、グラフト部分が脱離することがある。他方、本開示の表面コーティングは、このような問題を生じにくいため、好ましくあり得る。一つの実施形態において、表面コーティングするステップは、酸化処理した材料の重量を、約5%未満、約2%未満、約1%未満、約0.5%未満、約0.2%未満、または約0.1%未満だけ増加させる。 In one embodiment, the surface coating step does not substantially increase the weight of the oxidized material. The usual grafting process may also increase the weight of the sample by 10-20%, in which case the graft portion may be detached. On the other hand, the surface coatings of the present disclosure may be preferable because they are less likely to cause such problems. In one embodiment, the surface coating step reduces the weight of the oxidized material to less than about 5%, less than about 2%, less than about 1%, less than about 0.5%, less than about 0.2%, or Increase by less than about 0.1%.

一つの実施形態において、本開示の表面改質は、材料の表面にモノマーをグラフト化するステップを含み得る。グラフト化するステップは、表面を酸化処理するステップの後に実施してもよいし、材料をポリマーで処理(塗布)するステップの後に実施してもよい。グラフト化するモノマーは、グラフト可能なものであれば制限はないが、炭素−炭素二重結合を有する化合物などを使用することができる。親水性モノマーとして、例えば、(メタ)アクリルアミド、1−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、1−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、1−ブチルアミノエチル(メタ)アクリレートなどの(アルキル)アミノアルキル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールモノ(メタ)アクリレートなどのアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレートなどのポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、エチレングリコールアリルエーテル、エチレングリコールビニルエーテル、(メタ)アクリル酸、アミノスチレン、ヒドロキシスチレン、酢酸ビニル、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、プロピオン酸ビニル、N,N−ジメチルメタクリルアミド、N,N−ジエチルメタクリルアミド、N−(1−ヒドロキシエチル)メタクリルアミド、N−イソプロピルメタクリルアミド、メタクリロイルモルホリン、N−ビニル−1−ピロリドン、N−ビニル−3ーメチル−1−ピロリドン、N−ビニル−4−メチル−1−ピロリドン、N−ビニル−5−メチル−1−ピロリドン、N−ビニル−6−メチル−1−ピロリドン、N−ビニル−3−エチル−1−ピロリドン、N−ビニル−4,5−ジメチル−1−ピロリドン、N−ビニル−5,5−ジメチル−1−ピロリドン、N−ビニル−3,3,5−トリメチル−1−ピロリドン、N−ビニル−1−ピペリドン、N−ビニル−3−メチル−1−ピペリドン、N−ビニル−4−メチル−1−ピペリドン、N−ビニル−5−メチル−1−ピペリドン、N−ビニル−6−メチル−1−ピペリドン、N−ビニル−6−エチル−1−ピペリドン、N−ビニル−3,5−ジメチル−1−ピペリドン、N−ビニル−4,4−ジメチル−1−ピペリドン、N−ビニル−1−カプロラクタム、N−ビニル−3−メチル−1−カプロラクタム、N−ビニル−4−メチル−1−カプロラクタム、N−ビニル−7−メチル−1−カプロラクタム、N−ビニル−7−エチル−1−カプロラクタム、N−ビニル−3,5−ジメチル−1−カプロラクタム、N−ビニル−4,6−ジメチル−1−カプロラクタム、N−ビニル−3,5,7−トリメチル−1−カプロラクタムなどのN−ビニルラクタム、N−ビニルホルムアミド、N−ビニル−N−メチルホルムアミド、N−ビニル−N−エチルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニル−N−メチルアセトアミド、N−ビニル−N−エチルアセトアミド、N−ビニルフタルイミド、N−ビニルアミド、ビニル酢酸、1−ブテン酸、2−ブテン酸、エチレンスルホン酸、ヒドロキシアルキルアクリレート、ヒドロキシアルキルメタクリレート、アクリルアミド、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルカルバゾール、無水マレイン酸、無水ピロメリット酸が挙げられる。より親水性の低いモノマーとして、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、酢酸ビニルエステル、スチレンなどのビニルモノマーが挙げられる。1種のモノマーまたは複数種のモノマーの混合物を使用してグラフト化できる。 In one embodiment, the surface modification of the present disclosure may include the step of grafting a monomer onto the surface of the material. The step of grafting may be carried out after the step of oxidizing the surface or after the step of treating (coating) the material with a polymer. The monomer to be grafted is not limited as long as it can be grafted, but a compound having a carbon-carbon double bond or the like can be used. Examples of the hydrophilic monomer include hydroxyalkyl (meth) acrylates such as (meth) acrylamide, 1-hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, and hydroxybutyl (meth) acrylate, and 1-dimethylaminoethyl (meth). ) Acrylate, (alkyl) aminoalkyl (meth) acrylate such as 1-butylaminoethyl (meth) acrylate, alkylene glycol mono (meth) acrylate such as ethylene glycol mono (meth) acrylate, propylene glycol mono (meth) acrylate, polyethylene Polyalkylene glycol mono (meth) acrylates such as glycol mono (meth) acrylates and polypropylene glycol mono (meth) acrylates, ethylene glycol allyl ethers, ethylene glycol vinyl ethers, (meth) acrylic acids, aminostyrenes, hydroxystyrenes, vinyl acetates, glycidyls. (Meta) acrylate, allyl glycidyl ether, vinyl propionate, N, N-dimethylmethacrylate, N, N-diethylmethacrylate, N- (1-hydroxyethyl) methacrylicamide, N-isopropylmethacrylicamide, methacryloylmorpholine, N -Vinyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-3-methyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-4-methyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-5-methyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-6-methyl- 1-Pyrrolidone, N-vinyl-3-ethyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-4,5-dimethyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-5,5-dimethyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-3, 3,5-trimethyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-1-piperidone, N-vinyl-3-methyl-1-piperidone, N-vinyl-4-methyl-1-piperidone, N-vinyl-5-methyl- 1-piperidone, N-vinyl-6-methyl-1-piperidone, N-vinyl-6-ethyl-1-piperidone, N-vinyl-3,5-dimethyl-1-piperidone, N-vinyl-4,4- Dimethyl-1-piperidone, N-vinyl-1-caprolactam, N-vinyl-3-methyl-1-caprolactam, N-vinyl-4-methyl-1-caprolactam, N-vinyl-7-methyl-1-caprolactam, N-vinyl-7-ethyl-1-caprolactam, N-vinyl-3,5-dimethyl-1-caprolactam, N-vinyl N-vinyllactam such as -4,6-dimethyl-1-caprolactam, N-vinyl-3,5,7-trimethyl-1-caprolactam, N-vinylformamide, N-vinyl-N-methylformamide, N-vinyl -N-ethylformamide, N-vinylacetamide, N-vinyl-N-methylacetamide, N-vinyl-N-ethylacetamide, N-vinylphthalimide, N-vinylamide, vinylacetic acid, 1-butenoic acid, 2-butenoic acid , Ethylenesulfonic acid, hydroxyalkyl acrylate, hydroxyalkyl methacrylate, acrylamide, vinylpyridine, vinylpyrrolidone, vinylcarbazole, maleic anhydride, pyromellitic anhydride. Examples of the monomer having lower hydrophilicity include vinyl monomers such as acrylic acid ester, methacrylic acid ester, vinyl acetate ester, and styrene. It can be grafted using one monomer or a mixture of multiple monomers.

モノマーのグラフト化は、(1)触媒または開始剤(以下総称して「開始剤」という。)の添加、(2)開始剤の存在下または不存在下における加熱、(3)触媒または開始剤の存在下または不存在下における紫外線照射などによって実施できる。開始剤として、過酸化物(過酸化ベンゾイル、t−ブチルヒドロキシペルオキシド、ジ−t−ブチルヒドロキシペルオキシド等)、アゾ化合物(2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)、硝酸二セリウムアンモニウム(IV)、過硫酸塩(過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなど)、酸化還元系開始剤(酸化剤:過硫酸塩、過酸化水素、ヒドロペルオキシドなどと、無機還元剤:銅塩、鉄塩、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなど、または有機還元剤:アルコール、アミン、シュウ酸などとの組み合わせ、あるいは酸化剤:ヒドロペルオキシドなどと、無機還元剤:銅塩、鉄塩、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなど、または有機還元剤:過酸化ジアルキル、過酸化ジアシルなどと、還元剤:第三アミン、ナフテン酸塩、メルカプタン、有機金属化合物(トリエチルアルミニウム、トリエチルホウ素など)などとの組み合わせ)、その他の公知のラジカル重合開始剤が挙げられる。紫外線照射の場合には、開始剤の他に、触媒としてベンゾフェノン、過酸化水素などの光増感剤を添加してもよい。一つの実施形態において、アミド基を有するビニルモノマーを使用し、特開平8−109228号に記載される方法よりアミド基をホフマン転移してもよい。 Monomer grafting involves (1) addition of a catalyst or initiator (hereinafter collectively referred to as "initiator"), (2) heating in the presence or absence of an initiator, and (3) catalyst or initiator. It can be carried out by irradiation with ultraviolet rays in the presence or absence of. As initiators, peroxides (benzoyl peroxide, t-butylhydroxyperoxide, di-t-butylhydroxyperoxide, etc.), azo compounds (2,2'-azobisisobutyronitrile), dicerium ammonium nitrate (IV) ), Persulfate (potassium persulfate, ammonium persulfate, etc.), oxidation-reduction system initiator (oxidizer: persulfate, hydrogen peroxide, hydroperoxide, etc.), inorganic reducing agent: copper salt, iron salt, sodium hydrogen sulfite , Sodium thiosulfate, etc., or organic reducing agent: combination with alcohol, amine, oxalic acid, etc., or oxidizing agent: hydroperoxide, etc., inorganic reducing agent: copper salt, iron salt, sodium hydrogen sulfite, sodium thiosulfate, etc. Alternatively, an organic reducing agent: dialkyl peroxide, diacyl peroxide, etc. and a reducing agent: a tertiary amine, naphthate, mercaptan, an organic metal compound (triethylaluminum, triethylboron, etc.), etc.), and other known radicals. A polymerization initiator can be mentioned. In the case of ultraviolet irradiation, a photosensitizer such as benzophenone or hydrogen peroxide may be added as a catalyst in addition to the initiator. In one embodiment, a vinyl monomer having an amide group may be used, and the amide group may be transferred to Hoffman by the method described in JP-A-8-109228.

モノマーのグラフト化は、一般的なグラフト化方法を使用できる。具体例を以下に示す。水溶性の開始剤の場合は水に必要量を溶解する。水不溶性の開始剤の場合は、アルコールやアセトンなどのような水と混合する有機溶剤(アセトン、メタノールなど)に溶解してから、開始剤が析出しないように水と混合する。開始剤溶液に、材料およびモノマーを添加してグラフト化を行う。一つの実施形態において、処理容器内は窒素置換される。一つの実施形態において、加熱および/または紫外線照射の下でグラフト化させる。 For the grafting of the monomer, a general grafting method can be used. A specific example is shown below. In the case of a water-soluble initiator, dissolve the required amount in water. In the case of a water-insoluble initiator, it is dissolved in an organic solvent (acetone, methanol, etc.) that is mixed with water, such as alcohol or acetone, and then mixed with water so that the initiator does not precipitate. Materials and monomers are added to the initiator solution for grafting. In one embodiment, the inside of the processing vessel is replaced with nitrogen. In one embodiment, it is grafted under heating and / or UV irradiation.

一つの実施形態において、本開示の表面改質は、材料の表面をポリマーで処理(例えば、塗布)するステップを含む。このステップにおいて使用するポリマーの例として、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、エチレンービニルアルコール共重合体、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリ−α−ヒドロキシビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリ−α−ヒドロキシアクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリアルキレングリコール(ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなど)、またこれらのスルホン化物、アルギン酸ナトリウム、デンプン、絹フィブロイン、絹セリシン、ゼラチン、各種タンパク質、多糖類などが挙げられる。 In one embodiment, the surface modification of the present disclosure comprises the step of treating (eg, coating) the surface of the material with a polymer. Examples of polymers used in this step are polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyhydroxyethyl methacrylate, poly-α-hydroxyvinyl alcohol, polyacrylic acid, poly-α-hydroxyacrylic acid, polyvinyl. Examples thereof include pyrrolidone, polyalkylene glycol (polyethylene glycol, polypropylene glycol, etc.), sulfonates thereof, sodium alginate, starch, silk fibroin, silk sericin, gelatin, various proteins, polysaccharides and the like.

一つの実施形態において、材料の表面をポリマーで処理するステップは、触媒もしくは開始剤の存在下で実施され得る。触媒および開始剤は、モノマーによるグラフト化における開始剤と同様のものを使用できる。一つの実施形態において、このステップは、材料にポリマーを含む溶液(例えば、水溶液)を添加することで実施される。例えば、ポリマーおよび開始剤を含む溶液に材料を入れて、10〜80℃、60〜90℃などの温度に加熱する。 In one embodiment, the step of treating the surface of the material with a polymer can be carried out in the presence of a catalyst or initiator. The catalyst and initiator can be similar to the initiator in monomeric grafting. In one embodiment, this step is performed by adding a solution containing the polymer (eg, an aqueous solution) to the material. For example, the material is placed in a solution containing the polymer and initiator and heated to temperatures such as 10-80 ° C, 60-90 ° C.

一つの実施形態において、本開示の表面改質は、表面に付着した余分なポリマーを洗浄するステップを含む。例えば、親水性ポリマーで処理した材料について、脂肪酸ナトリウム水溶液(濃度1〜10重量%)で煮沸洗浄を1〜10分間行い、その後、よく水洗してもよい。一つの実施形態において、洗浄後の親水性ポリマーで処理した材料の表面について、全反射赤外線吸収スペクトルを測定した際に、その赤外線吸収スペクトルと酸化処理だけを行った材料の赤外線吸収スペクトルとの間に違いが見られない程度に洗浄することができる。親水性の乏しい単量体またはポリマー、例えば、メタクリル酸メチルまたはそのポリマー、または酢酸ビニルまたはそのポリマーで処理した場合には、クロロホルムで40℃で10〜60分間洗浄して、さらにクロロホルムまたはアセトン、メタノールで洗浄できる。一つの実施形態において、全反射赤外線吸収スペクトル測定において、処理した材料のカルボニル基による1710cm-1付近の吸収が、酸化処理のみの材料と比べて、0〜5%程度の吸光度の増加が見られる程度まで洗浄する。一つの実施形態において、加熱したうえで、超音波洗浄器で洗浄することで、材料は効果的に洗浄され得る。一つの実施形態において、洗浄の程度および使用する洗浄剤は、接着材料または複合材料の強度を指標にして当業者が適切に設定できる。 In one embodiment, the surface modification of the present disclosure comprises cleaning the excess polymer adhering to the surface. For example, the material treated with the hydrophilic polymer may be boiled and washed with an aqueous solution of sodium fatty acid (concentration 1 to 10% by weight) for 1 to 10 minutes, and then washed well with water. In one embodiment, when the total reflection infrared absorption spectrum of the surface of the material treated with the hydrophilic polymer after cleaning is measured, the infrared absorption spectrum is between the infrared absorption spectrum and the infrared absorption spectrum of the material subjected to the oxidation treatment only. It can be washed to the extent that there is no difference in infrared rays. When treated with a poorly hydrophilic monomer or polymer, such as methyl methacrylate or a polymer thereof, or vinyl acetate or a polymer thereof, wash with chloroform at 40 ° C. for 10 to 60 minutes, and then use chloroform or acetone. Can be washed with methanol. In one embodiment, in the total reflection infrared absorption spectrum measurement, the absorption of the treated material by the carbonyl group in the vicinity of 1710 cm-1 is observed to increase the absorbance by about 0 to 5% as compared with the material obtained by the oxidation treatment alone. Wash to a degree. In one embodiment, the material can be effectively cleaned by heating and then cleaning with an ultrasonic cleaner. In one embodiment, the degree of cleaning and the cleaning agent used can be appropriately set by those skilled in the art using the strength of the adhesive or composite material as an index.

一つの実施形態において、本開示の方法により表面改質した材料は、第2の材料と界面密着または接着させて接着材料を形成することができる。一つの実施形態において、本開示の方法により表面改質した材料は、第2の材料と同じ素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。一つの実施形態において、第2の材料は表面改質(例えば、本開示の方法による表面改質)されていてもよい。一つの実施形態において、第2の材料と界面密着または接着させるステップにおいて、接着剤を使用してもよいし、使用しなくてもよい。接着剤として、でんぷん、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂系、重合性シアノアクリレートなど公知の任意の接着剤が使用され得る。一つの実施形態において、第2の材料と界面密着または接着させるステップは、本開示の方法により表面改質した材料および第2の材料の両方を溶解できる溶剤を少量塗布して、塗布部分を密着させることで実施してもよい。ポリテトラフルオロエチレンまたはポリイミドと界面密着または接着させることは比較的困難であり得るが、本開示の方法に従って、これらの材料から作製された強固な接着材料または複合材料も達成され得る。本開示の方法により表面改質した材料は、第2の材料とすぐに界面密着または接着させず、時間(例えば、約30分〜約30、約30分日、約1時間、約2時間、約5時間、約10時間、約15時間、約20時間、約1日、約2日、約5日、約10日、約15日、約20日、約25日、約30日など)が経過した後でも、第2の材料と強固に結合し得る。そのため、本開示の方法により表面改質した材料自体も、本開示の目的である。 In one embodiment, the surface-modified material according to the methods of the present disclosure can be interfacially adhered or adhered to a second material to form an adhesive material. In one embodiment, the material surface-modified by the methods of the present disclosure may be the same material as the second material or may be a different material. In one embodiment, the second material may be surface modified (eg, surface modified by the methods of the present disclosure). In one embodiment, an adhesive may or may not be used in the step of interfacially adhering or adhering to the second material. As the adhesive, any known adhesive such as starch, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, epoxy resin, and polymerizable cyanoacrylate can be used. In one embodiment, the step of interfacially adhering or adhering to the second material is to apply a small amount of a solvent capable of dissolving both the surface-modified material and the second material by the method of the present disclosure to adhere the coated portion. It may be carried out by letting it. Although interfacial adhesion or adhesion to polytetrafluoroethylene or polyimide can be relatively difficult, strong adhesive or composite materials made from these materials can also be achieved according to the methods of the present disclosure. The material surface-modified by the method of the present disclosure does not immediately interfacially adhere or adhere to the second material and takes time (eg, about 30 minutes to about 30, about 30 minutes a day, about 1 hour, about 2 hours, About 5 hours, about 10 hours, about 15 hours, about 20 hours, about 1 day, about 2 days, about 5 days, about 10 days, about 15 days, about 20 days, about 25 days, about 30 days, etc.) Even after a lapse of time, it can be firmly bonded to the second material. Therefore, the material itself whose surface has been modified by the method of the present disclosure is also an object of the present disclosure.

一つの実施形態において、本開示は、繊維材料が第2材料内に含まれている繊維複合材料を製造する方法を提供する。一つの実施形態において、この方法における繊維材料は、本明細書に記載の繊維材料の表面を酸化処理するステップにおける繊維材料の特徴を有し得る。一つの実施形態において、この方法は、(1)繊維材料および第2材料の少なくとも1つを酸化処理するステップと、(2)酸化処理するステップの後に繊維材料と第2材料との界面密着または接着させるステップと、(3)第2材料を融解して、繊維複合材料を得るステップとを含む。一つの実施形態において、第2材料は、ゴムなどの半固体材料であり得るが、このような場合の第2材料の融解とは、例えば、高温に供することにより流動性を高めることなどを指し、必ずしも固体から液体への相変化を伴う必要はない。この実施形態において、典型的には、第2材料は、熱可塑性樹脂であり、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、アクリル、ポリ酢酸ビニル、AS(アクリロニトリル−スチレン共重合体)、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体)、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアリルジグリコールカーボネート、ブタジエンを含む共重合体、合成ゴム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、レーヨン、キュプラ、ポリスチレン(PS)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリアラミド、ポリイミド、ポリアミド(ナイロン)、ポリメチルペンテン(三井化学のTPX(登録商標))、ビニロン、シリコンなどの樹脂であり得る。一つの実施形態において、第2材料は、ゴムなどの軟材料であり得る。一つの実施形態において、ステップ(2)における結合を強固にするために、第2材料は粉末、顆粒、フィルムなどの繊維材料との接触面積が大きくなる形状であってもよい。一つの実施形態において、ステップ(2)では、材料を圧力(例えば、プレス)および/または加熱に供してもよい。一つの実施形態において、繊維材料および第2材料は両方とも酸化処理される。第2材料の融解は任意の好適な温度で実施することができ、一つの実施形態において、第2材料が変性または分解する温度未満で実施される。一つの実施形態において、この方法は、(1)繊維材料を酸化処理するステップと、(2)酸化処理するステップの後に繊維材料と硬化前の第2材料(流体)とを混合するステップと、(3)ステップ(2)の混合物を第2材料が硬化する条件に供するステップとを含む。この実施形態において、典型的には、第2材料は、熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂)である。この実施形態において、第2材料を硬化させる条件は、使用した第2材料に応じて当業者が適切に決定できる。 In one embodiment, the present disclosure provides a method of producing a fibrous composite material in which the fibrous material is contained within a second material. In one embodiment, the fibrous material in this method may have the characteristics of the fibrous material in the step of oxidizing the surface of the fibrous material described herein. In one embodiment, the method comprises (1) oxidatively treating at least one of the fibrous material and the second material, and (2) interfacial adhesion between the fibrous material and the second material after the oxidative treatment step. It includes a step of bonding and (3) a step of melting the second material to obtain a fiber composite material. In one embodiment, the second material can be a semi-solid material such as rubber, but melting of the second material in such cases refers to, for example, increasing fluidity by subjecting it to high temperatures. It does not necessarily have to be accompanied by a phase change from solid to liquid. In this embodiment, the second material is typically a thermoplastic, such as polyester, polypropylene, polyethylene, polyolefin, acrylic, polyvinyl acetate, AS (acrylonitrile-styrene copolymer), ABS (acrylonitrile). -Butadiene-styrene copolymer), polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polymethylmethacrylate, polyallyl diglycol carbonate, copolymer containing butadiene, synthetic rubber, polyether ether ketone (PEEK), rayon, cupra, It can be a resin such as polystyrene (PS), polyphenylensulfide (PPS), polyaramid, polyimide, polyamide (nylon), polymethylpentene (Mitsui Chemicals' TPX®), vinylon, silicon and the like. In one embodiment, the second material can be a soft material such as rubber. In one embodiment, the second material may have a shape that increases the contact area with the fibrous material such as powder, granules, film, etc. in order to strengthen the bond in step (2). In one embodiment, in step (2), the material may be subjected to pressure (eg, pressing) and / or heating. In one embodiment, both the fibrous material and the second material are oxidized. Melting of the second material can be carried out at any suitable temperature, and in one embodiment it is carried out below the temperature at which the second material is modified or decomposed. In one embodiment, the method comprises (1) oxidizing the fibrous material and (2) mixing the fibrous material with a second material (fluid) before curing after the oxidizing step. (3) Includes a step of subjecting the mixture of step (2) to conditions under which the second material is cured. In this embodiment, the second material is typically a thermosetting resin (eg, an epoxy resin). In this embodiment, the conditions for curing the second material can be appropriately determined by those skilled in the art depending on the second material used.

(複合材料)
一つの局面において、本開示は、高強度の複合材料(例えば、繊維複合材料)を提供する。本開示の方法は、材料間の界面密着性を大幅に向上させることができるので、高強度の複合材料を提供し得る。一つの局面において、本開示の複合材料(例えば、繊維複合材料)は、破断点(曲げ試験または引張試験において負荷を増大させていった場合に、測定器にかかる負荷が大きく減少する点)においてまたは破断点を超えて切断されないことで特徴付けられ得る。繊維および第2材料は、それぞれ本明細書に記載の繊維複合材料を作製する方法において説明される材質、形状および/または性質を有し得る。一つの実施形態において、本開示の複合材料における繊維材料の重量割合は、約40%以下、約30%以下、約20%以下、約10%以下、または約5%以下であり得る。従来の繊維複合材料よりも少ない割合の繊維材料を使用した場合であっても、本開示の複合材料は十分な強度を有し得るため、製造上好ましくあり得、また問題となり得る炭素繊維の廃棄処理の負担も軽減し得るという利点も奏し得る。
(Composite material)
In one aspect, the present disclosure provides high strength composites (eg, fiber composites). Since the method of the present disclosure can significantly improve the interfacial adhesion between materials, it is possible to provide a high-strength composite material. In one aspect, the composites of the present disclosure (eg, fiber composites) are at break points (where the load on the instrument is significantly reduced when the load is increased in a bending or tensile test). Alternatively, it can be characterized by not being cut beyond the breaking point. The fibers and the second material can each have the materials, shapes and / or properties described in the method of making the fiber composites described herein. In one embodiment, the weight percentage of the fibrous material in the composites of the present disclosure can be about 40% or less, about 30% or less, about 20% or less, about 10% or less, or about 5% or less. Even when a smaller proportion of the fiber material than the conventional fiber composite material is used, the composite material of the present disclosure can have sufficient strength, which may be preferable in production and may cause a problem. It can also have the advantage that the processing load can be reduced.

一つの実施形態において、本開示の複合材料は、従来では達成されなかった高強度を有し得る。一つの実施形態において、本開示の複合材料は、長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの前記複合材料の試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験または引張試験を行った場合、破断点においてまたは破断点を超えて(例えば、破断点から5%または10%増大した変位距離または負荷の点において)切断されず、少なくとも部分的に材料が繋がっている。一つの実施形態において、本開示の複合材料は、長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの前記複合材料の試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験を行った場合、酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した複合材料と比較して、約1.1倍以上、約1.2倍以上、約1.5倍以上、約1.7倍以上または約2倍以上の曲げ強度を有する。一つの実施形態において、本開示の複合材料は、長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの前記複合材料の試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験を行った場合、酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した複合材料と比較して、約10MPa以上、約20MPa以上、約50MPa以上、約70MPa以上または約100MPa以上の曲げ強度の向上をもたらす。 In one embodiment, the composites of the present disclosure may have high strength not previously achieved. In one embodiment, the composite material of the present disclosure is a three-point bending test or a three-point bending test at a speed of 2 mm / min and a distance between support points of 40 mm on a test piece of the composite material having a length of 80 mm, a width of 10 mm and a thickness of 2 mm. When a tensile test is performed, the material is not cut at or beyond the fracture point (eg, at a displacement distance or load point increased by 5% or 10% from the fracture point) and the material is at least partially connected. .. In one embodiment, the composite material of the present disclosure is subjected to a three-point bending test at a speed of 2 mm / min and a distance between support points of 40 mm on a test piece of the composite material having a length of 80 mm, a width of 10 mm and a thickness of 2 mm. When this is done, it is about 1.1 times or more, about 1.2 times or more, about 1.5 times or more, about 1.7 times as compared with the composite material prepared under the same conditions except that the step of oxidation treatment is not performed. It has more than double or more than double the bending strength. In one embodiment, the composite material of the present disclosure is subjected to a three-point bending test at a speed of 2 mm / min and a distance between support points of 40 mm on a test piece of the composite material having a length of 80 mm, a width of 10 mm and a thickness of 2 mm. When this is done, the bending strength is improved by about 10 MPa or more, about 20 MPa or more, about 50 MPa or more, about 70 MPa or more, or about 100 MPa or more as compared with the composite material produced under the same conditions except that the step of oxidation treatment is not performed. Bring.

一つの実施形態において、本開示の複合材料は、長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの前記複合材料の試験片について、20mm/分の引張速度、40mmの支持点間距離で引張試験を行った場合、酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した複合材料と比較して、約1.1倍以上、約1.2倍以上、約1.5倍以上、約1.7倍以上または約2倍以上の引張せん断強度を有する。一つの実施形態において、本開示の複合材料は、長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの前記複合材料の試験片について、20mm/分の引張速度、40mmの支持点間距離で引張試験を行った場合、酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した複合材料と比較して、約50kgf以上、約70kgf以上、約100kgf以上または約200kgf以上の引張せん断強度の向上をもたらす。 In one embodiment, the composite material of the present disclosure is subjected to a tensile test on a test piece of the composite material having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2 mm at a tensile speed of 20 mm / min and a distance between support points of 40 mm. In this case, it is about 1.1 times or more, about 1.2 times or more, about 1.5 times or more, and about 1.7 times as much as the composite material prepared under the same conditions except that the step of oxidation treatment is not performed. It has a tensile shear strength of more than or about twice or more. In one embodiment, the composite material of the present disclosure is subjected to a tensile test on a test piece of the composite material having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2 mm at a tensile speed of 20 mm / min and a distance between support points of 40 mm. In this case, the tensile shear strength is improved by about 50 kgf or more, about 70 kgf or more, about 100 kgf or more, or about 200 kgf or more, as compared with the composite material produced under the same conditions except that the step of oxidation treatment is not performed.

一つの実施形態において、本開示の繊維と第2材料との複合材料は、長さ80mm、幅10mm、厚さ2または3mmの試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験によって評価した場合に、その第2材料単独の強度の約1.1倍以上、約1.2倍以上、約1.5倍以上、約1.7倍以上または約2倍以上の曲げ強度を有し得る。本開示の樹脂複合材料(例えば、繊維―樹脂複合材料)は、材料間の界面密着性が高いので、複合材料の強度を保ったまま、樹脂部分に対してさらに同種または異なる種類の樹脂を混合することができる(例えば、融解した樹脂同士を混合することで)。そのため、本開示の樹脂複合材料(例えば、繊維―樹脂複合材料)は、最終品として使用されるだけでなく、芯材料として使用することもでき、種々の成形品の作製に利用できる。 In one embodiment, the composite material of the fibers and the second material of the present disclosure is for a test piece 80 mm long, 10 mm wide, 2 or 3 mm thick, at a speed of 2 mm / min and a distance between support points of 40 mm. When evaluated by a three-point bending test, the strength of the second material alone is about 1.1 times or more, about 1.2 times or more, about 1.5 times or more, about 1.7 times or more, or about 2 times or more. Can have bending strength of. Since the resin composite material of the present disclosure (for example, a fiber-resin composite material) has high interfacial adhesion between the materials, the same or different types of resins are further mixed with the resin portion while maintaining the strength of the composite material. (For example, by mixing the melted resins together). Therefore, the resin composite material of the present disclosure (for example, a fiber-resin composite material) can be used not only as a final product but also as a core material, and can be used for producing various molded products.

一つの実施形態において、第1材料および第2材料を界面密着または接着させた接着材料は、第1材料と第2材料との間の界面に沿って接着材料を切断して得られる第1材料側半材料および第2材料側半材料のうちの少なくとも一方の切断表面について、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に材料表面の深さ10nm以内の酸素原子/炭素原子比および/または(C−O結合)/(全炭素結合)%が、本開示の酸化処理するステップによって材料表面で達成されるような値であり得る。一つの実施形態において、第1材料および第2材料の界面密着または接着させた接着材料は、第1材料と第2材料との間の界面に沿って接着材料を切断して得られる第1材料側半材料および第2材料側半材料のうちの少なくとも一方の切断表面について、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に材料表面の深さ10nm以内の水素を除く全原子中の酸素原子の割合および/または(C−O結合)/(全炭素結合)%を材料の中心部分の領域と比較した場合の上昇が、本開示の酸化処理するステップによって材料表面で達成されるこの割合を未処理の同じ材料と比較した場合の上昇の値であり得る。 In one embodiment, the adhesive material obtained by interfacially adhering or adhering the first material and the second material is a first material obtained by cutting the adhesive material along the interface between the first material and the second material. For the cut surface of at least one of the side half material and the second material side half material, the oxygen atom / carbon atom ratio and / or the oxygen atom / carbon atom ratio within a depth of 10 nm of the material surface as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). (CO bond) / (total carbon bond)% can be such a value achieved on the material surface by the oxidation treatment steps of the present disclosure. In one embodiment, the interface-adhesive or adhered adhesive material of the first and second materials is the first material obtained by cutting the adhesive material along the interface between the first and second materials. Oxygen atoms in all atoms except hydrogen within a depth of 10 nm of the material surface when measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) on the cut surface of at least one of the side half material and the second material side half material. The percentage and / or (CO bond) / (total carbon bond)% increase when compared to the region of the central portion of the material is achieved at the material surface by the oxidation treatment steps of the present disclosure. It can be the value of increase when compared to the same untreated material.

(表面改質材料)
一つの局面において、本開示は、本開示の方法により表面改質された材料を提供する。一つの実施形態において、この表面改質された材料は、接着材料または複合材料を提供するための接着材料として使用される。本開示の方法により表面改質した材料は、表面改質後すぐに接着材料または複合材料に成型しなくても、高強度の接着材料または複合材料を提供し得るので、材料同士を界面密着または接着させる前の表面改質材料も有用であり得る。一つの実施形態において、この表面改質された材料は、接着材料または複合材料を提供する以外の用途に使用することができ、例えば、本開示の方法は、材料の強度を損なうことなく表面改質を可能にし得るため、表面改質された材料はコーティング(例えば、親水性材料によるコーティング)に好適であり得る。また、そのようにコーティングされた表面改質材料も本開示では企図される。
(Surface modification material)
In one aspect, the present disclosure provides materials surface-modified by the methods of the present disclosure. In one embodiment, the surface modified material is used as an adhesive material to provide an adhesive material or composite material. The material surface-modified by the method of the present disclosure can provide a high-strength adhesive material or composite material without being molded into the adhesive material or composite material immediately after the surface modification, so that the materials can be interfacially adhered to each other. Surface-modifying materials prior to gluing may also be useful. In one embodiment, the surface modified material can be used for purposes other than providing an adhesive or composite material, for example, the methods of the present disclosure provide surface modification without compromising the strength of the material. Surface-modified materials may be suitable for coatings (eg, coatings with hydrophilic materials) as they may allow for quality. Such coated surface modification materials are also contemplated in the present disclosure.

一つの実施形態において、本開示の表面改質した材料は、幅10mm、厚さ1mmの表面改質した材料を、接着面積が10mm×10mmとなるように厚さ0.2mmのアルミニウム板と接着した試験片について、20mm/分の速度、60mmの支持点間距離で引張試験を行った場合、酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した材料から作製した接着材料と比較して、約150N以上、約200N以上、約250N以上、約300N以上、約350N以上、約400N以上または約450N以上のせん断強度の向上をもたらすように表面改質されている。 In one embodiment, the surface-modified material of the present disclosure is a surface-modified material having a width of 10 mm and a thickness of 1 mm, which is bonded to an aluminum plate having a thickness of 0.2 mm so that the bonding area is 10 mm × 10 mm. When a tensile test was performed on the test piece at a speed of 20 mm / min and a distance between support points of 60 mm, it was compared with an adhesive material prepared from a material prepared under the same conditions except that the step of oxidation treatment was not performed. The surface is modified so as to bring about an improvement in shear strength of about 150 N or more, about 200 N or more, about 250 N or more, about 300 N or more, about 350 N or more, about 400 N or more, or about 450 N or more.

(用途)
本開示の接着材料、複合材料または表面改質された材料は、任意の用途に使用することができ、例えば、輸送用車両(自動車、航空機など)の部品、医療器具の部品、歯科材料、建材、表面コーティング、積層物などにおいて使用することができる。また、本開示の接着材料、複合材料または表面改質された材料は、接着材料または複合材料を構成する各材料が使用されるいずれの用途においても好適に使用され得る。本開示の方法は、これらの用途の接着材料、複合材料または表面改質された材料を提供するものでもある。
(Use)
The adhesive materials, composite materials or surface modified materials of the present disclosure can be used for any purpose, for example, parts of transportation vehicles (automobiles, aircraft, etc.), parts of medical equipment, dental materials, building materials. , Surface coating, laminates, etc. In addition, the adhesive material, composite material or surface-modified material of the present disclosure can be suitably used in any application in which the adhesive material or each material constituting the composite material is used. The methods of the present disclosure also provide adhesives, composites or surface modified materials for these applications.

以上、本開示を、理解の容易のために好ましい実施形態を示して説明してきた。以下に、実施例に基づいて本開示を説明するが、上述の説明および以下の実施例は、例示の目的のみに提供され、本開示を限定する目的で提供したのではない。従って、本発明の範囲は、本明細書に具体的に記載された実施形態にも実施例にも限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。 The present disclosure has been described above with reference to preferred embodiments for ease of understanding. Hereinafter, the present disclosure will be described based on examples, but the above description and the following examples are provided for purposes of illustration only and not for the purpose of limiting the present disclosure. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the embodiments or examples specifically described in the present specification, but is limited only by the claims.

以下の実施例において、モノマー試薬に含まれる重合禁止剤は、活性炭を詰めたガラスカラムにモノマー試薬を通過させて、簡易的に吸着除去した。基本的に、グラフト化は窒素雰囲気下で行った。 In the following examples, the polymerization inhibitor contained in the monomer reagent was simply adsorbed and removed by passing the monomer reagent through a glass column filled with activated carbon. Basically, grafting was performed in a nitrogen atmosphere.

[実施例1:FTIRおよびXPS測定による酸化の評価]
酸化した材料について、FTIR測定およびXPS測定でそれぞれ評価した。
[Example 1: Evaluation of oxidation by FTIR and XPS measurement]
The oxidized material was evaluated by FTIR measurement and XPS measurement, respectively.

・酸化処理
ポリプロピレン板(10mm×80mm×0.5mm)(アズワン61-6034-78)を大気中プラズマ処理することで酸化した。装置は、独自に製造した試料送り装置を接続した大気圧プラズマ装置(魁半導体(京都)卓上ダイレクト型TK-50)を使用して、出力目盛りを60Vとした(最大目盛り130)。
-Oxidation treatment A polypropylene plate (10 mm x 80 mm x 0.5 mm) (AS ONE 61-6034-78) was oxidized by plasma treatment in the atmosphere. The device used an atmospheric pressure plasma device (Kai Semiconductor (Kyoto) desktop direct type TK-50) connected to a sample feeding device manufactured independently, and the output scale was set to 60 V (maximum scale 130).

・フーリエ変換赤外分光計(FTIR)による解析
酸化試料を溶剤(naxシリコンオフSP:日本ペイント)と水で洗浄して乾燥後、フーリエ変換赤外分光光度計IRPrestige−21(島津製作所(京都))により、全反射法(ATR)で測定を行った。結果を図1、2に示す。
-Analysis by Fourier transform infrared spectroscope (FTIR) After washing the oxidized sample with a solvent (nax silicon off SP: Nippon Paint) and water and drying it, Fourier transform infrared spectrophotometer IRPrestige-21 (Shimadzu Seisakusho (Kyoto)) ), The measurement was performed by the total reflection method (ATR). The results are shown in FIGS. 1 and 2.

FTIRのATR法では、表面から約10μm深さ以内の結合状態を測定できるといわれる。図1に酸化時間の異なる6個の試料のスペクトルを示す。一般に、試料の酸化の場合、カルボニル基が生成するので、カルボニル基の吸収帯、1730cm−1付近の吸光度の変化を観察する。図1では1730cm−1付近の吸光度の顕著な違いはみられない。 It is said that the FTIR ATR method can measure the bonding state within a depth of about 10 μm from the surface. FIG. 1 shows the spectra of six samples having different oxidation times. Generally, in the case of oxidation of a sample, a carbonyl group is generated, so a change in absorbance near the absorption band of the carbonyl group, 1730 cm -1, is observed. In FIG. 1, no significant difference in absorbance near 1730 cm -1 is observed.

吸光度を相対的に比較するために、強い酸化処理過程でほぼ変化のない吸収ピーク1440cm−1の吸光度を分母として、吸光度の比「1730cm−1の吸光度/1440cm−1の吸光度」を求めて、酸化時間との関係を図2にプロットした。吸光度比は酸化処理時間に対して分散しており相関性がみられない。後述のXPSの結果との比較から、本表面処理に好ましい微量な酸化は、FTIR−ATRの感度では測定が困難であると判断した。 In order to compare the absorbances relatively, the absorbance ratio "1730 cm -1 absorbance / 1440 cm -1 absorbance" was obtained using the absorbance of the absorption peak 1440 cm -1 , which is almost unchanged in the strong oxidation process, as the denominator. The relationship with the oxidation time is plotted in FIG. The absorbance ratio is dispersed with respect to the oxidation treatment time, and no correlation is observed. From the comparison with the results of XPS described later, it was judged that the trace amount of oxidation preferable for this surface treatment is difficult to measure with the sensitivity of FTIR-ATR.

なお、材料の破壊を無視して、強度な酸化処理を行った場合には、IR測定によって1727cm−1の吸光度の増加が観察されることが、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)試料の測定で確認された(図3)。 It was confirmed by measuring the ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) sample that an increase in absorbance of 1727 cm -1 was observed by IR measurement when strong oxidation treatment was performed ignoring the destruction of the material. (Fig. 3).

・X線光電子分光法(XPS)による分析
FTIRのATR法で測定したポリプロピレン試料について、X線光電子分光分析装置(XPS)で測定した。結果を図4、5、6、7に示す。XPS測定は、表面から約10nm以内の深さの結合状態を測定できる条件であった。XPS分析のための条件は以下のとおりであった。
機器:PHI−5000VersaProbeII(アルバック・ファイ(株)、神奈川)、線源:CrKα線、AlKα線、取り出し角:90°。
-Analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) The polypropylene sample measured by the ATR method of FTIR was measured by an X-ray photoelectron spectroscopy analyzer (XPS). The results are shown in FIGS. 4, 5, 6 and 7. The XPS measurement was a condition under which the bonding state at a depth of about 10 nm or less from the surface could be measured. The conditions for XPS analysis were as follows.
Equipment: PHI-5000 VersaProbeII (ULVAC-PHI, Inc., Kanagawa), Radioactive source: CrKα ray, AlKα ray, Extraction angle: 90 °.

図4には酸化処理時間の異なるポリプロピレン試料のXPS測定における(A)C1sナロースペクトルおよび(B)O1sナロースペクトルを示す。スペクトルから求められたC1sの存在量(%)、O1sの存在量(%)及びO/C原子数比の関係を表1に示す。

Figure 0006936406
FIG. 4 shows (A) C1s narrow spectrum and (B) O1s narrow spectrum in XPS measurement of polypropylene samples having different oxidation treatment times. Table 1 shows the relationship between the abundance of C1s (%), the abundance of O1s (%), and the O / C atomic number ratio determined from the spectrum.
Figure 0006936406

表2には、C1sナロースペクトルの波形分析によって得られた炭素結合の種類およびその存在割合を示す。

Figure 0006936406
Table 2 shows the types of carbon bonds obtained by waveform analysis of the C1s narrow spectrum and their abundance ratios.
Figure 0006936406

これらの結果に基づき、表1の結果からO/C原子数比と酸化処理時間との関係を図5に、表2の結果から各結合の割合と酸化処理時間との関係を図6に示した。さらに、図7には(C−O−H結合%)/(全炭素結合%)を拡大してプロットした。 Based on these results, the relationship between the O / C atomic number ratio and the oxidation treatment time is shown in FIG. 5 from the results in Table 1, and the relationship between the ratio of each bond and the oxidation treatment time is shown in FIG. 6 from the results in Table 2. rice field. Further, in FIG. 7, (COH bond%) / (total carbon bond%) was enlarged and plotted.

酸化処理時間の増加に伴い、C−C結合およびC−H結合の数が減少する一方で、O/C原子数比、C−O−H結合、C=O結合、およびO=C−O結合の数がいずれも増加することが確認された。図1および図2のFTIR測定では酸化処理時間に伴う酸素結合の変化は確認できなかったが、XPS測定によって酸化状態の確認が可能であることが分かった。なお、図5、6、7から、酸化処理時間が10秒/cm以上では炭素−酸素の結合量の増加は緩やかになることがわかる。 As the oxidation treatment time increases, the number of C—C and C—H bonds decreases, while the O / C atomic number ratio, C—O—H bond, C = O bond, and O = CO It was confirmed that the number of bonds increased in each case. Although the change in oxygen bond with the oxidation treatment time could not be confirmed by the FTIR measurement of FIGS. 1 and 2, it was found that the oxidation state can be confirmed by the XPS measurement. From FIGS. 5, 6 and 7, it can be seen that when the oxidation treatment time is 10 seconds / cm 2 or more, the increase in the carbon-oxygen bond amount becomes gradual.

[実施例2:オゾン酸化ポリフェニレンサルファイド繊維のXPS測定]
ポリフェニレンサルファイド(PPS)繊維(トルコン(登録商標)、東レ、東京)をオゾン酸化処理してXPS測定を行った。エックス線光電子分光分析装置はサーモフィッシャーサイエンティフィック(米国)製K−Alpha(線源:AlKα線、取り出し角:90°)を用いた。
[Example 2: XPS measurement of ozone-oxidized polyphenylene sulfide fiber]
Polyphenylene sulfide (PPS) fibers (torque converter (registered trademark), Toray, Tokyo) were treated with ozone oxidation and XPS measurement was performed. As the X-ray photoelectron spectroscopy analyzer, K-Alpha (radioactive source: AlKα ray, extraction angle: 90 °) manufactured by Thermo Fisher Scientific (USA) was used.

未処理およびオゾン酸化PPS繊維のXPS表面分析結果を表3に示す。PPS繊維ではオゾン酸化処理によって、O/C原子数比が増加すること、およびC−O−H結合とO−C=O結合が増加することが確認された。

Figure 0006936406
Table 3 shows the results of XPS surface analysis of untreated and ozone-oxidized PPS fibers. It was confirmed that the O / C atomic number ratio of PPS fibers was increased by the ozone oxidation treatment, and that the C—O—H bond and the OC = O bond were increased.
Figure 0006936406

本実施例におけるオゾン酸化処理は、以下の手順に従って実施した。
・オゾン酸化処理
試験片を容積2Lの硬質ガラス製容器(ガスの導入口と出口付き)に入れ、オゾン発生機(日本オゾン社製ON−1−2型)により、オゾン発生量2g/h、濃度40g/mのオゾンを含む酸素を1000ml/分の流量で、試料について20分間吹き込んだ。次に、オゾンを含まない酸素を10分間吹き込んだ。オゾンの濃度はヨウ素滴定により求めた。
The ozone oxidation treatment in this example was carried out according to the following procedure.
・ Ozone oxidation treatment Put the test piece in a hard glass container (with gas inlet and outlet) with a volume of 2 L, and use an ozone generator (ON-1-2 type manufactured by Nippon Ozone Co., Ltd.) to generate ozone at 2 g / h. Ozone-containing oxygen at a concentration of 40 g / m 3 was blown into the sample at a flow rate of 1000 ml / min for 20 minutes. Next, ozone-free oxygen was blown in for 10 minutes. The ozone concentration was determined by iodine titration.

ポリメチルペンテン(PMP)樹脂シートの酸化および処理試料のXPS測定の解析においても、酸化処理によって、O/C原子数比が増加すること、およびC−O−H結合とO−C=O結合が増加することが確認された。
・PMP樹脂シート:厚さ0.5mm、TPX(登録商標)樹脂(三井化学、東京)
In the analysis of the oxidation of the polymethylpentene (PMP) resin sheet and the XPS measurement of the treated sample, the oxidation treatment also increases the O / C atomic number ratio, and the C—O—H bond and the OC = O bond. Was confirmed to increase.
-PMP resin sheet: thickness 0.5 mm, TPX (registered trademark) resin (Mitsui Chemicals, Tokyo)

[実施例3:プラズマ放電酸化に伴うポリプロピレン布の強度変化]
次に、ポリプロピレンマルチフィラメント布(直径0.25mmのマイクロフィラメントを撚り合わせた糸からなる平織布:サイズ 幅100mm、長さ200mm、厚さ0.6mm、目付20g/m)をプラズマ放電により酸化処理した。1cmの面積当たりそれぞれ15秒間、30秒間、60秒間および150秒間のプラズマ放電を行った。プラズマ放電装置は実施例1と同様に行った。酸化処理後に引張り強度試験を行った。
[Example 3: Change in strength of polypropylene cloth due to plasma discharge oxidation]
Next, a polypropylene multifilament cloth (plain weave cloth made of twisted threads of microfilaments having a diameter of 0.25 mm: size width 100 mm, length 200 mm, thickness 0.6 mm, grain size 20 g / m 2 ) is subjected to plasma discharge. It was oxidized. Plasma discharge was performed for 15 seconds, 30 seconds, 60 seconds, and 150 seconds, respectively, per 1 cm 2 area. The plasma discharge device was carried out in the same manner as in Example 1. A tensile strength test was performed after the oxidation treatment.

・引張り強度試験
試験機:万能試験機AUTOGRAPH AGS−H(島津製作所、京都)を使用、引張り速度:10mm/分、試験片支持点間:600mmで行った。
-Tensile strength test tester: A universal tester AUTOGRAPH AGS-H (Shimadzu, Kyoto) was used, the tensile speed was 10 mm / min, and the distance between test piece support points was 600 mm.

結果を図8に示す。縦軸は未処理の材料強度を100%とした場合の材料相対強度である。酸化処理時間の増加に伴って、材料強度は低下する。この場合、試料が細い繊維であるために強度低下が著しいことがある。酸化時間10秒/cm以下のこの繊維布を複合材料の補強材料に使用した場合、材料強度を増加させる事を確認した。また、ポリプロピレン材料が厚さ0.1mm以上の板状であれば、20秒/cm以下の酸化による材料強度低下は無視できるレベルである。 The results are shown in FIG. The vertical axis is the relative strength of the material when the untreated material strength is 100%. As the oxidation treatment time increases, the material strength decreases. In this case, since the sample is a fine fiber, the strength may be significantly reduced. It was confirmed that when this fiber cloth having an oxidation time of 10 seconds / cm 2 or less was used as a reinforcing material for a composite material, the material strength was increased. Further, if the polypropylene material is in the form of a plate having a thickness of 0.1 mm or more, the decrease in material strength due to oxidation of 20 seconds / cm 2 or less is negligible.

[実施例4:オゾン酸化による材料強度の低下]
ポリプロピレンマルチフィラメント布(直径0.25mmのマイクロフィラメントを撚り合わせた糸からなる平織布:サイズ 幅100mm、長さ200mm、厚さ0.6mm、目付20g/m)をオゾン酸化処理した。次に、引張強度を試験した
[Example 4: Decrease in material strength due to ozone oxidation]
A polypropylene multifilament cloth (plain weave cloth made of twisted yarns of 0.25 mm diameter microfilaments: size width 100 mm, length 200 mm, thickness 0.6 mm, grain size 20 g / m 2 ) was ozonolyzed. Next, the tensile strength was tested

・オゾン酸化処理
実施例2と同様に行った。
・引張り強度試験
実施例3と同様に行った。
-Ozonolysis treatment The same procedure as in Example 2 was carried out.
-Tensile strength test The same as in Example 3 was performed.

結果を図9に示す。プラズマ酸化処理と同様に、長時間の酸化処理は引張強度の低下を引き起こした。図8と比較して、図9の時間軸は分単位であるので、酸化による材料強度の低下は、行ったオゾン処理の条件では、オゾン処理の方がプラズマ処理よりも穏やかである。 The results are shown in FIG. Similar to the plasma oxidation treatment, the long-term oxidation treatment caused a decrease in tensile strength. Since the time axis of FIG. 9 is in minutes as compared with FIG. 8, the decrease in material strength due to oxidation is milder in the ozone treatment than in the plasma treatment under the conditions of the ozone treatment performed.

[実施例5:DHM処理と試料のXPS測定]
DHM(Durable Hydrophilic Modification)処理は酸化処理した材料について、次に表面コーティングステップを行って完成する。プラズマ酸化試料(照射時間5秒/cm)について、表面コーティングステップを行った試料についてXPS測定を行った。結果を表4に示す。プラズマ処理のみの試料に比べて、各試料は、O1s/C1s比、酸素を含む各官能基の割合が増加する事が確認された。

Figure 0006936406
[Example 5: DHM treatment and XPS measurement of sample]
The DHM (Durable Hydrophilic Modification) treatment is completed by performing a surface coating step on the oxidized material. For the plasma oxidized sample (irradiation time 5 seconds / cm 2 ), XPS measurement was performed on the sample subjected to the surface coating step. The results are shown in Table 4. It was confirmed that the O1s / C1s ratio and the ratio of each functional group containing oxygen increased in each sample as compared with the sample obtained only by plasma treatment.
Figure 0006936406

本実施例におけるDHM処理における酸化処理およびコーティングステップは、以下の手順に従って実施した。
・酸化処理
実施例1の大気圧プラズマ処理の方法で、材料について、10秒/cmの照射量で酸化した試料を、メタノール、水で洗浄した。
・コーティングステップ
体積比で、水400、メタノール100、アクリル酸1、メタクリル酸メチル0.1の反応液Aを作る。酸化処理材料を、平板型のトレイに入れて、反応液Aを処理材料の上に5mm程度の深さに覆うように加えて、厚さ0.5mmの硬質硝子板でフタをして(密閉しない)、紫外線照射を100mmの距離から20分間行った。材料を取り出して、メタノールで洗浄後、処理材料を熱水で十分に洗浄、乾燥して処理は終了した。処理後の試料の重量増加は処理前試料の重量に対して、0.1%以下であった。
紫外線照射:高圧水銀ランプ(東芝ライテック(株)製、商品名H1500L、全長360mm、発光長200mm、ランプ電圧315V、ランプ電力1500W)を試料にフィルター無しで照射する。加熱を避けるために、ランプと試料間に自家製の「送風機にスリットをつけた冷却用ファン」で強い風を送る。
The oxidation treatment and coating steps in the DHM treatment in this example were carried out according to the following procedure.
-Oxidation treatment By the method of atmospheric pressure plasma treatment of Example 1, a sample oxidized at an irradiation amount of 10 seconds / cm 2 was washed with methanol and water.
-Coating step A reaction solution A of 400 water, 100 methanol, 1 acrylic acid, and 0.1 methyl methacrylate is prepared by volume ratio. The oxidation-treated material is placed in a flat tray, the reaction solution A is added over the treated material to a depth of about 5 mm, and the lid is covered with a hard glass plate having a thickness of 0.5 mm (sealed). No), UV irradiation * was performed from a distance of 100 mm for 20 minutes. The material was taken out, washed with methanol, and then the treated material was sufficiently washed with hot water and dried to complete the treatment. The weight increase of the sample after the treatment was 0.1% or less with respect to the weight of the sample before the treatment.
* Ultraviolet irradiation: A high-pressure mercury lamp (manufactured by Toshiba Lighting & Technology Corporation, trade name H1500L, total length 360 mm, emission length 200 mm, lamp voltage 315 V, lamp power 1500 W) is irradiated to the sample without a filter. To avoid heating, a homemade "cooling fan with slits in the blower" blows strong air between the lamp and the sample.

[実施例6:DHM処理に最適な酸化処理の探索のための接着強度試験]
接着性改良に有効なDHM処理の「酸化ステップの酸化時間」を知るために酸化時間の異なるDHM処理を行ったポリプロピレン(PP)板とアルミニウム板をエポキシ接着剤で接着した試料の引張りせん断強度を測定した。
[Example 6: Adhesive strength test for searching for the optimum oxidation treatment for DHM treatment]
In order to know the "oxidation time of the oxidation step" of the DHM treatment, which is effective for improving the adhesiveness, the tensile shear strength of the sample in which the polypropylene (PP) plate and the aluminum plate, which have been subjected to DHM treatment with different oxidation times, are bonded with an epoxy adhesive, is determined. It was measured.

PP板(サイズ10mm×80mm、厚さ1.0mm)を、以下の手順に従う酸化処理およびコーティングステップでDHM処理した。
・酸化処理
実施例1と同様にプラズマ放電で行った。酸化処理は0〜20秒/cmであった。
・コーティングステップ
実施例5のコーティングステップを行った。
The PP plate (size 10 mm × 80 mm, thickness 1.0 mm) was DHM-treated by an oxidation treatment and a coating step according to the following procedure.
-Oxidation treatment The same as in Example 1, plasma discharge was performed. The oxidation treatment was 0 to 20 seconds / cm 2 .
-Coating step The coating step of Example 5 was performed.

接着および引張りせん断強度の測定は以下の手順で実施した。
・接着引張りせん断強度試験
処理PP板とアルミニウム板(厚さ0.2mm)とをエポキシ系接着剤であるボンドクイック5(コニシ、大阪)を製造者の指示に従い使用して接着した。すなわち、接着剤混合用シート上でほぼ等量のA液(主剤;エポキシ樹脂)とB液(硬化剤;ポリチオール)とを混合してから、混合物をポリプロピレン試料に、接着面積が10mm×10mmとなるように均一に塗って、その上にアルミニウム板を重ねた(接着剤量は約80mg)。この接着試料をプラスチック製の板に挟み、1kgの重りを載せて、室温下で36時間放置した。以下の条件で引張試験を行い、引張せん断強度(N)を測定した。
使用機器:卓上型荷重試験機FTN1−13A(アイコーエンジニアリング(株))、引張速度:20mm/分、保持具間の空間中にPP板4cm−接着部分1cm−アルミニウム板1cmが存在し、PP板およびアルミニウム板の両端の部分を保持具で固定して、引張試験を行った。
Adhesion and tensile shear strength were measured according to the following procedure.
-Adhesive tensile shear strength test The treated PP plate and aluminum plate (thickness 0.2 mm) were adhered using Bond Quick 5 (Konishi, Osaka), which is an epoxy adhesive, according to the manufacturer's instructions. That is, after mixing approximately equal amounts of liquid A (main agent; epoxy resin) and liquid B (curing agent; polythiol) on an adhesive mixing sheet, the mixture is applied to a polypropylene sample and the adhesive area is 10 mm × 10 mm. It was evenly applied so that an aluminum plate was placed on top of it (the amount of adhesive was about 80 mg). This adhesive sample was sandwiched between plastic plates, a 1 kg weight was placed on the sample, and the sample was left at room temperature for 36 hours. A tensile test was conducted under the following conditions, and the tensile shear strength (N) was measured.
Equipment used: Desktop load tester FTN1-13A (Aiko Engineering Co., Ltd.), Tensile speed: 20 mm / min, PP plate 4 cm-adhesive part 1 cm-aluminum plate 1 cm exists in the space between holders, PP plate And both ends of the aluminum plate were fixed with a holder, and a tensile test was performed.

結果を図10に示す。図中、四角囲み部分は接着試験中に材料破壊がみられた領域である。酸化処理3−7秒/cmの改質試料はPPの材料破壊が見られたので、接着強度が最も高いと言える。酸化処理3、4、6、7秒/cmの表面改質試料は図10中の強度の数値でPP板の材料破壊が起こった。一方、酸化処理5秒/cm2の改質試料は接着部分がはがれず、PP板が延伸して、応力425Nで測定不可能となった。酸化処理5秒/cm2の改質試料はPP板が延伸したので最も好ましい接着と言える。酸化処理3−7秒/cm2の前後の酸化時間では、改質試料の接着強度は低いが、未処理試料の接着試料よりは接着強度が高い。 The results are shown in FIG. In the figure, the boxed area is the area where material fracture was observed during the adhesion test. It can be said that the modified sample having an oxidation treatment of 3-7 seconds / cm 2 has the highest adhesive strength because PP material destruction was observed. In the surface-modified sample of the oxidation treatment 3, 4, 6, 7 seconds / cm 2 , the material of the PP plate was destroyed by the numerical value of the strength in FIG. On the other hand, in the modified sample having an oxidation treatment of 5 seconds / cm 2 , the adhesive portion did not peel off, the PP plate was stretched, and the measurement became impossible at a stress of 425 N. It can be said that the modified sample having an oxidation treatment of 5 seconds / cm 2 is the most preferable adhesion because the PP plate is stretched. At an oxidation time of around 3-7 seconds / cm 2 of the oxidation treatment, the adhesive strength of the modified sample is low, but the adhesive strength is higher than that of the untreated sample.

ポリプロピレンのXPS測定および接着強度試験の結果から、XPS測定した場合に、O/C原子数比が約0.03〜0.30およびC−O結合率が約3〜20%の酸化レベルの材料、あるいはXPS測定した場合に未処理の材料と比較して約0.01〜0.15のO原子数割合(水素を除く原子のうちのO原子の割合)の増大または約1〜15%のC−O−H結合率の増大を示す酸化レベルの材料が特に好適に材料の接着性改良に利用できると考えられる。材料の強度の低下は、板状の場合はほぼ0%で、細い繊維の場合は2〜3%減である。細い繊維は改質繊維を複合材料に使用する場合、その材料強度が増加する事を確認している。従って、同様の酸化レベルにおける材料強度の低下は問題視しなくてよいと言える。ポリプロピレン以外の材料においても、同様の見解は確認された。 From the results of XPS measurement and adhesive strength test of polypropylene, a material with an oxidation level of O / C atom number ratio of about 0.03 to 0.30 and CO bond rate of about 3 to 20% when measured by XPS. Or, when measured by XPS, the ratio of O atoms (the ratio of O atoms to the atoms excluding hydrogen) is increased by about 0.01 to 0.15 or about 1 to 15% as compared with the untreated material. It is considered that a material having an oxidation level showing an increase in the C—O—H bond ratio can be particularly preferably used for improving the adhesiveness of the material. The decrease in the strength of the material is almost 0% in the case of a plate, and is decreased by 2 to 3% in the case of fine fibers. It has been confirmed that the strength of fine fibers increases when modified fibers are used as composite materials. Therefore, it can be said that the decrease in material strength at the same oxidation level does not have to be regarded as a problem. A similar view was confirmed for materials other than polypropylene.

[実施例7:処理の耐久性]
プラズマ処理したシリコンゴムシートは処理後すぐに接着しないと接着性が失われるという。そこで、プラズマ処理したシリコンゴムシート、DHM処理したシリコンゴムシートを所定時間放置してから、アルミニウム板と接着して、その接着引っ張りせん断強度を比較した。比較のため、未処理シリコンゴムシートとアルミニウム板の接着も行った。結果は表5に示す。プラズマ処理シリコンゴムシートは約1時間以内に接着しないと接着性が失われる。また、接着強度はDHM処理試料より、かなり小さい。

Figure 0006936406
[Example 7: Durability of processing]
It is said that the plasma-treated silicone rubber sheet loses its adhesiveness unless it is bonded immediately after the treatment. Therefore, the plasma-treated silicon rubber sheet and the DHM-treated silicon rubber sheet were left to stand for a predetermined time, and then adhered to an aluminum plate, and the adhesive tensile shear strength thereof was compared. For comparison, an untreated silicone rubber sheet and an aluminum plate were also bonded. The results are shown in Table 5. The plasma-treated silicone rubber sheet loses its adhesiveness unless it is adhered within about 1 hour. In addition, the adhesive strength is considerably smaller than that of the DHM-treated sample.
Figure 0006936406

本実施例における酸化処理およびDHM処理は、以下の手順に従って実施した。
・酸化処理
プラズマ処理;春日電機リアルプラズマAPJ−500(高周波電源AGI−B202)を用いて、空気中、大気圧下で、出力=300W、200V、試料−電極間距離=10mmとして、試料について、照射5秒/cm(試料面積1cmに対して1秒間照射)とした。酸化程度は実施例6の方法と同様の程度とした。
・DHM処理
シリコンゴムシートを上記プラズマ処理で酸化した材料について、以下のコーティングステップを行った。酸化材料を反応液に入れて、80℃で、10分間加熱した。具体的には、体積比で、水800、メタノール200、ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)1、メタクリル酸メチル(MMA)0.1の溶液にアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)10mgを加えた反応液を作る。反応液に入れて、80℃で、10分間加熱した。反応混合物から材料を取り出して、メタノールで洗浄後、水で煮沸洗浄して乾燥した。
The oxidation treatment and the DHM treatment in this example were carried out according to the following procedure.
-Oxidation treatment Plasma treatment; using Kasuga Denki Real Plasma APJ-500 (high frequency power supply AGI-B202) in air and under atmospheric pressure, output = 300W, 200V, sample-electrode distance = 10mm, for the sample. The irradiation was 5 seconds / cm 2 (irradiation to 1 cm 2 of the sample area for 1 second). The degree of oxidation was the same as that of the method of Example 6.
-The following coating steps were performed on the material obtained by oxidizing the DHM-treated silicone rubber sheet by the above plasma treatment. The oxidizing material was placed in the reaction solution and heated at 80 ° C. for 10 minutes. Specifically, a reaction solution obtained by adding 10 mg of azobisisobutyronitrile (AIBN) to a solution of water 800, methanol 200, hydroxyethyl methacrylate (HEMA) 1 and methyl methacrylate (MMA) 0.1 in terms of volume ratio. make. It was placed in a reaction solution and heated at 80 ° C. for 10 minutes. The material was taken out from the reaction mixture, washed with methanol, boiled and washed with water, and dried.

(熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)を母材とした繊維樹脂複合材料(FRP))
[実施例8:ポリプロピレン繊維とエポキシ樹脂の複合材料]
未処理または改質ポリプロピレン(PP)繊維/エポキシ樹脂のFRPを作製した。各試料の曲げ強度を測定した。結果は表6に示す。改質による繊維強度の少しの低下があるとしても、作製したFRPの材料強度は増加した。

Figure 0006936406
(Fiber resin composite material (FRP) using thermosetting resin (epoxy resin) as the base material)
[Example 8: Composite material of polypropylene fiber and epoxy resin]
FRP of untreated or modified polypropylene (PP) fiber / epoxy resin was made. The bending strength of each sample was measured. The results are shown in Table 6. Even if there was a slight decrease in fiber strength due to modification, the material strength of the produced FRP increased.
Figure 0006936406

本実施例において使用した材料は以下の通りであった。
・ポリプロピレン(PP)繊維;ポリプロピレン平織布、比重=20グラム/m、構成糸:マルチフィラメント(直径0.5mm)、モノフィラメント繊維の直径=30μm
・エポキシ樹脂;主剤:液状エポキシ樹脂、硬化剤:ジアミン系硬化剤:GM−6800(ブレニー技研、群馬)
The materials used in this example were as follows.
-Polypropylene (PP) fiber; polypropylene plain weave cloth, specific gravity = 20 g / m 2 , constituent yarn: multifilament (diameter 0.5 mm), monofilament fiber diameter = 30 μm
-Epoxy resin; Main agent: Liquid epoxy resin, Hardener: Diamine-based hardener: GM-6800 (Brennie Giken, Gunma)

本実施例におけるDHM処理、FRPの製法、試験法は、以下の通りであった。
・DHM処理
実施例5のDHM処理と同様、ただし酸化時間は5秒/cm
・PP繊維/エポキシ樹脂のFRPの製法
ハンドレイアップ法:ステンレス製成形型(凹型)の中に、PP布を6枚積層して、硬化剤を混合したエポキシ樹脂を流し込んで、1日放置して固化させた。成形型の成形部分(凹型)のサイズは、長さ80mm、幅10mm;JIS規格に従って製造された。作製FRPのサイズ=10mmx80mmx2.6mm。
・材料の引張りせん断強度試験
万能試験機AUTOGRAPH AGS−H(島津製作所、京都)を使用して測定した。
・材料の3点曲げ強度試験(JIS−K7171準拠)
同上の試験器で行った。曲げ速度:5mm/分、支点間距離:40mmとした。
The DHM treatment, the FRP production method, and the test method in this example were as follows.
-DHM treatment Similar to the DHM treatment of Example 5, but the oxidation time is 5 seconds / cm 2 .
・ FRP manufacturing method of PP fiber / epoxy resin Hand lay-up method: Six PP cloths are laminated in a stainless steel mold (concave mold), and epoxy resin mixed with a curing agent is poured and left for one day. And solidified. The size of the molded portion (concave mold) of the molding die was 80 mm in length and 10 mm in width; manufactured according to JIS standards. The size of the manufactured FRP = 10 mm x 80 mm x 2.6 mm.
-Material tensile shear strength test Measured using a universal testing machine AUTOGRAPH AGS-H (Shimadzu Corporation, Kyoto).
・ Three-point bending strength test of material (JIS-K7171 compliant)
The same tester was used. Bending speed: 5 mm / min, distance between fulcrums: 40 mm.

[実施例9:UHMWPE繊維とエポキシ樹脂の複合材料]
未処理または改質超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)繊維/エポキシ樹脂のFRPを作製した。各試料の曲げ強度を測定した。結果は表7に示す。PP繊維/エポキシ樹脂のFRPと同様に、改質で繊維強度は少し低下しても、FRPにすると、材料強度は増加した。

Figure 0006936406
[Example 9: Composite material of UHMWPE fiber and epoxy resin]
FRPs of untreated or modified ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibers / epoxy resins were made. The bending strength of each sample was measured. The results are shown in Table 7. Similar to the PP fiber / epoxy resin FRP, the fiber strength decreased slightly due to the modification, but the material strength increased when the FRP was used.
Figure 0006936406

本実施例において使用した材料は以下の通りである。
・超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)繊維;モノフィラメント(直径=30μm)からなるマルチフィラメント糸(直径0.62mm):東洋紡(株)提供、商品名ダイニーマ。
The materials used in this example are as follows.
-Ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fiber; multifilament yarn (diameter 0.62 mm) made of monofilament (diameter = 30 μm): Provided by Toyobo Co., Ltd., trade name Dyneema.

本実施例におけるDHM処理における酸化処理およびコーティングステップ、FRPの製法は、以下の通りであった。3点曲げ強度試験は、実施例8と同様である。
・酸化処理
実施例2のオゾン酸化法とした。酸化処理時間は15分とした。
・コーティングステップ
実施例5のコーティングステップと同様に行った。
・UHMWPE繊維/エポキシ樹脂のFRPの製法
ハンドレイアップ法:JIS準拠の成形型(凹型)の中に、40本の糸を平行に入れて、硬化剤を混合したエポキシ樹脂10gを流し込んで、1日放置して固化させた。成型したFRPのサイズ=10mmx80mmx2.6mm。
The oxidation treatment, coating step, and FRP production method in the DHM treatment in this example were as follows. The three-point bending strength test is the same as in Example 8.
-Oxidation treatment The ozone oxidation method of Example 2 was used. The oxidation treatment time was 15 minutes.
-Coating step The same as the coating step of Example 5 was performed.
・ FRP manufacturing method of UHMWPE fiber / epoxy resin Hand lay-up method: 40 threads are put in parallel in a JIS compliant molding mold (concave mold), and 10 g of epoxy resin mixed with a curing agent is poured into 1 It was left for a day to solidify. The size of the molded FRP = 10 mm x 80 mm x 2.6 mm.

図11に、表6と表7に対応する3点曲げ強度試験における「荷重−変位曲線」を示す;(A)はPP繊維/エポキシ樹脂、(B)はUHMWPE繊維/エポキシ樹脂である。未処理PP繊維/エポキシ樹脂ならびに未処理UHMWPE繊維/エポキシ樹脂は3点曲げ試験で、材料が二つに割れたが、DHM処理PP繊維/エポキシ樹脂、DHM処理UHMWPE繊維/エポキシ樹脂は3点曲げ強度試験後に、「くの字」に曲がったままの状態で二つに分離しなかった。繊維と樹脂の界面の密着性が高い事を示す。 FIG. 11 shows the “load-displacement curve” in the three-point bending strength test corresponding to Tables 6 and 7; (A) is PP fiber / epoxy resin and (B) is UHMWPE fiber / epoxy resin. The untreated PP fiber / epoxy resin and untreated UHMWPE fiber / epoxy resin were split in two in the 3-point bending test, but the DHM-treated PP fiber / epoxy resin and DHM-treated UHMWPE fiber / epoxy resin were bent at 3 points. After the strength test, it remained bent in a "dogleg" shape and did not separate into two. It shows that the adhesion between the fiber and the resin interface is high.

(熱可塑性樹脂を母材にした複合材料)
本開示の方法に従って表面改質処理した各種材料について、種々の材料との複合材料を作製して材料試験を行った。未処理または酸化処理だけを行った繊維またはフィルムと母材樹脂とから作製した複合材料では、3点曲げ強度試験において繊維またはフィルムが樹脂から引き抜かれることで材料が破壊された。他方、DHM処理した繊維またはフィルムと各種樹脂から作製した複合材料では、繊維またはフィルムが樹脂から抜けることなく、密着性を維持したまま材料が切断されることで材料破壊が生じることが観察された。
(Composite material using thermoplastic resin as the base material)
For various materials surface-modified according to the method of the present disclosure, composite materials with various materials were prepared and material tests were conducted. In a composite material prepared from an untreated or oxidized fiber or film and a base resin, the material was destroyed by pulling out the fiber or film from the resin in a three-point bending strength test. On the other hand, in the composite material made from the DHM-treated fiber or film and various resins, it was observed that the fiber or film did not come off from the resin and the material was cut while maintaining the adhesiveness, resulting in material destruction. ..

[実施例10:PET繊維とポリプロピレン樹脂の複合材料]
PET繊維(ポリエチレンテレフタレート;平織布(NBCメッシュテック、東京))およびポリプロピレン(PP)樹脂の組み合わせで、繊維複合材料を作製した。その後、上記と同様の3点曲げ試験を行った。結果を表8に示す。

Figure 0006936406
[Example 10: Composite material of PET fiber and polypropylene resin]
A fiber composite material was prepared by combining PET fibers (polyethylene terephthalate; plain woven fabric (NBC Meshtec, Tokyo)) and polypropylene (PP) resin. Then, the same 3-point bending test as described above was performed. The results are shown in Table 8.
Figure 0006936406

本実施例における酸化処理、DHM処理、複合材料の製法は、以下の通りであった。3点曲げ強度試験は、実施例8と同様である。
・酸化処理
プラズマ処理;PET繊維およびPP樹脂について、実施例6のプラズマ処理と同様に行った。
・DHM処理
酸化材料について、実施例7のコーティングステップを行った。
・複合材料の製法
金型に離型剤をスプレーする。次にポリプロピレン樹脂とPET繊維を交互に詰める。その金型をアズワン小型熱プレス機HC300−01に固定して、240℃として、無圧状態で10分おき、さらに2MPaの圧力をかけて5分間おく。その後、室温に戻して、金型から、複合材料試料を外す。金型はJIS規格に基づいて設計した。試料サイズは、長さ60mm、幅10mm、厚さ約2mmとした。
The oxidation treatment, the DHM treatment, and the method for producing the composite material in this example were as follows. The three-point bending strength test is the same as in Example 8.
-Oxidation treatment Plasma treatment; PET fibers and PP resin were treated in the same manner as in the plasma treatment of Example 6.
-For the DHM-treated oxidized material, the coating step of Example 7 was performed.
-Composite manufacturing method Spray the mold release agent on the mold. Next, polypropylene resin and PET fiber are alternately packed. The die is fixed to the AS ONE small heat press machine HC300-01, and the temperature is set to 240 ° C. every 10 minutes in a no-pressure state, and then a pressure of 2 MPa is applied for 5 minutes. Then, the temperature is returned to room temperature, and the composite material sample is removed from the mold. The mold was designed based on the JIS standard. The sample size was 60 mm in length, 10 mm in width, and about 2 mm in thickness.

[実施例11:炭素繊維とポリプロピレン樹脂の複合材料]
炭素繊維とポリプロピレン(PP)樹脂から高強度の繊維複合材料を作製した。
[Example 11: Composite material of carbon fiber and polypropylene resin]
A high-strength fiber composite material was prepared from carbon fiber and polypropylene (PP) resin.

炭素繊維(CF)とPPフィルムから、繊維含有量の異なる繊維複合材料を作製して、繊維複合材料の3点曲げ試験を行った。炭素繊維は三菱ケミカル製品を入手した。結果を表9に示す。

Figure 0006936406
Fiber composite materials having different fiber contents were prepared from carbon fiber (CF) and PP film, and a three-point bending test of the fiber composite material was performed. For carbon fiber, we obtained Mitsubishi Chemical products. The results are shown in Table 9.
Figure 0006936406

本実施例における酸化処理、DHM処理、複合材料の製法は、以下の通りであった。3点曲げ強度試験は、実施例8と同様である。
・酸化処理
プラズマ処理;炭素繊維(樹脂付き)およびポリプロピレンフィルムについて、実施例1のプラズマ酸化と同様に行った。
・DHM処理
酸化材料について、実施例7のコーティングステップを行った。
・複合材料の製法
厚さ0.3mmのPPフィルム10枚と、炭素繊維フィラメント束を、金型に詰める。その金型をアズワン小型熱プレス機H300−01に固定して、240℃として、無圧状態で10分おき、次に2MPaの圧力をかけて5分間おく。その後、室温に戻して金型から試料を外す。
The oxidation treatment, the DHM treatment, and the method for producing the composite material in this example were as follows. The three-point bending strength test is the same as in Example 8.
-Oxidation treatment Plasma treatment; carbon fibers (with resin) and polypropylene film were subjected to the same plasma oxidation as in Example 1.
-For the DHM-treated oxidized material, the coating step of Example 7 was performed.
-Manufacturing method of composite material 10 PP films with a thickness of 0.3 mm and a bundle of carbon fiber filaments are packed in a mold. The die is fixed to the AS ONE small heat press machine H300-01, and the temperature is set to 240 ° C., every 10 minutes in a no-pressure state, and then a pressure of 2 MPa is applied and the mixture is left for 5 minutes. Then, the temperature is returned to room temperature and the sample is removed from the mold.

表面改質処理を行った繊維および樹脂から作製した繊維複合材料は、高い曲げ強度を示した。表面改質処理を行った繊維および樹脂から作製した繊維複合材料は、少量の繊維含有率20%において最大の強度を示した。 Fiber composite materials made from surface-modified fibers and resins exhibited high bending strength. Fiber composites made from surface-modified fibers and resins showed maximum strength at a small fiber content of 20%.

[実施例12:炭素繊維とアミド樹脂の複合材料]
炭素繊維およびアミド樹脂から高強度の繊維複合材料を作製した。
[Example 12: Composite material of carbon fiber and amide resin]
A high-strength fiber composite material was prepared from carbon fiber and amide resin.

表面改質した炭素繊維(CF)とポリアミド(PA6)樹脂との繊維複合材料を作製して、繊維複合材料の3点曲げ試験を行った。結果を表10に示す。

Figure 0006936406
A fiber composite material of surface-modified carbon fiber (CF) and polyamide (PA6) resin was prepared, and a three-point bending test of the fiber composite material was performed. The results are shown in Table 10.
Figure 0006936406

本実施例において使用した材料は以下の通りである。
・炭素繊維;三菱ケミカル製品を入手した
・ポリアミド樹脂;シグマアルドリッチ製PA11=ナイロン−11ペレット
The materials used in this example are as follows.
・ Carbon fiber; Mitsubishi Chemical product obtained ・ Polyamide resin; Sigma-Aldrich PA11 = Nylon-11 pellets

本実施例における酸化処理、DHM処理は、以下の通りであった。3点曲げ強度試験は、実施例8と同様である。
・酸化処理
炭素繊維(樹脂付き)およびPA6について、実施例2のオゾン処理と同様に行った。
・CFのDHM処理
酸化材料について、実施例7のコーティングステップを行った。
・PA6のDHM処理
上記の酸化処理を行った材料について次のコーティングステップを行った。体積比で、水400、メタノール400、親水性モノマー(ビニルピロリドン)の反応液Aを作る。処理材料を、平板型のトレイに入れて、反応液Aを処理材料の上に5mm程度の深さに覆うように加えて、厚さ0.5mmの硬質硝子板でフタをして(密閉にしない)、紫外線照射を100mmの距離から10分間行った。材料を取り出して、メタノールで洗浄した。次に材料に親水性ポリマー水溶液B**を塗布して乾燥後、水で煮沸洗浄した。
ビニルピロリドン;1−ビニル−2−ピロリドン、富士フイルム和光純薬(株):製品コード228-01285
**親水性ポリマー水溶液B;ポリビニルピロリドン(PVP)***とカルボキシメチルセルロース(CMC)****の混合物(混合重量比10:1)の1重量%水溶液とした。
***PVP;平均分子量4万;K30富士フイルム和光純薬株式会社:製品コード161-03105
****CMC;カルボキシメチルセルロースナトリウム(富士フィルム和光純薬(株)製品コード4987481229082)
The oxidation treatment and DHM treatment in this example were as follows. The three-point bending strength test is the same as in Example 8.
-Oxidation treatment The carbon fiber (with resin) and PA6 were treated in the same manner as in the ozone treatment of Example 2.
-For the DHM-treated oxidized material of CF, the coating step of Example 7 was performed.
-DHM treatment of PA6 The following coating step was performed on the material subjected to the above oxidation treatment. A reaction solution A of water 400, methanol 400, and a hydrophilic monomer (vinylpyrrolidone *) is prepared by volume. The treatment material is placed in a flat plate type tray, the reaction solution A is added over the treatment material to a depth of about 5 mm, and the treatment material is covered with a hard glass plate having a thickness of 0.5 mm (sealed). No), UV irradiation was performed from a distance of 100 mm for 10 minutes. The material was removed and washed with methanol. Next, the hydrophilic polymer aqueous solution B ** was applied to the material, dried, and then boiled and washed with water.
* Vinyl pyrrolidone; 1-vinyl-2-pyrrolidone, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd .: Product code 228-01285
** Hydrophilic polymer aqueous solution B; 1 wt% aqueous solution of a mixture of polyvinylpyrrolidone (PVP) *** and carboxymethyl cellulose (CMC) *** (mixed weight ratio 10: 1).
*** PVP; Average molecular weight 40,000; K30 Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd .: Product code 161-03105
*** CMC; Sodium Carboxymethyl Cellulose (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Product Code 4987481229082)

[実施例13:ポリイミドフィルムとポリエステル樹脂の複合材料]
ポリイミド(PI)フィルムとポリエステル樹脂から同様に複合材料を作製して、複合材料の3点曲げ試験を行った。結果を表11に示す。

Figure 0006936406
[Example 13: Composite material of polyimide film and polyester resin]
A composite material was similarly prepared from a polyimide (PI) film and a polyester resin, and a three-point bending test of the composite material was performed. The results are shown in Table 11.
Figure 0006936406

本実施例において使用した材料は以下の通りである。
・ポリイミド(PI)フィルム;アズワン、ポリイミドフィルムカプトン(R)、型番3-1966−07。厚さ0.25mm
・ポリエステル樹脂;PROST(株)、FRP補修用不飽和ポリエステル樹脂、低収縮タイプ、硬化剤つき、一般積層用(ノンパラフィン)
The materials used in this example are as follows.
Polyimide (PI) film; AS ONE, Polyimide film Kapton (R), model number 3-1966-07. Thickness 0.25 mm
-Polyester resin: PROST Co., Ltd., unsaturated polyester resin for FRP repair, low shrinkage type, with curing agent, for general lamination (non-paraffin)

本実施例における酸化処理、DHM処理は、以下の通りであった。3点曲げ強度試験は、実施例8と同様である。
・酸化処理
PIフィルムについて、耐水研磨紙(粒度600,耐水ペーパー;ベルスター研磨材工業STARCKE社(ドイツ))で、片道のみ5回研磨した。次に実施例2のオゾン処理を行った。
・DHM処理
上記の酸化処理を行った材料について、コーティングステップを次のように行った。電子線照射後重合を以下のように行った。研磨オゾン処理した材料に対して、電子線照射装置(岩崎電気株式会社製EC90)によって、加速電圧80kV、照射線量250kGyの条件で電子線(EB)を5秒/cm(試料面積あたり)照射した。材料を取り出して、体積比で、モノマー溶液(HEMA10、MMA1、水10、メタノール4の混合溶液)を塗り、60℃で1分間加熱した。処理材料を取り出して、水洗・乾燥した。
The oxidation treatment and DHM treatment in this example were as follows. The three-point bending strength test is the same as in Example 8.
-Oxidation-treated PI film was polished 5 times only one way with water-resistant abrasive paper (particle size 600, water-resistant paper; Belle Starr Abrasive Material Industry STARCKE (Germany)). Next, the ozone treatment of Example 2 was performed.
-DHM treatment For the material subjected to the above oxidation treatment, the coating step was performed as follows. Polymerization after electron beam irradiation was performed as follows. The polished ozone-treated material is irradiated with an electron beam (EB) for 5 seconds / cm 2 (per sample area) under the conditions of an acceleration voltage of 80 kV and an irradiation dose of 250 kGy using an electron beam irradiation device (EC90 manufactured by Iwasaki Electric Co., Ltd.). bottom. The material was taken out, coated with a monomer solution (mixed solution of HEMA10, MMA1, water 10, and methanol 4) by volume, and heated at 60 ° C. for 1 minute. The treatment material was taken out, washed with water and dried.

[実施例14:高強度繊維布と加硫黒ゴムの複合材料]
未処理または処理した高強度アラミド繊維布を硬化前の加硫黒ゴムではさんでから硬化した繊維とゴムの複合材料を作製してT型剥離試験を行った。結果を表12に示す。

Figure 0006936406
[Example 14: Composite material of high-strength fiber cloth and vulcanized black rubber]
An untreated or treated high-strength aramid fiber cloth was sandwiched between vulcanized black rubber before curing, and then a cured fiber-rubber composite material was prepared and a T-type peeling test was performed. The results are shown in Table 12.
Figure 0006936406

本実施例において使用した材料は以下の通りである。
・アラミド繊維布;株式会社エスコ サイズ1.0x1.0m:ケブラー繊維100生地 EA911AV−1、厚さ0.5mm。
・加硫黒ゴム;(株)スーリエ提供品
The materials used in this example are as follows.
-Aramid fiber cloth; Esco Co., Ltd. Size 1.0x1.0m: Kevlar fiber 100 cloth EA911AV-1, thickness 0.5 mm.
・ Vulcanized black rubber; provided by Sulfur Co., Ltd.

本実施例における酸化処理、DHM処理、複合材料の製法は、以下の通りであった。
・酸化処理
化学反応処理;次亜塩素酸ナトリウム溶液(富士フィルム和光純薬株式会社製品コード197−02206、有効塩素:5.0+%)を体積10mlとり、水100mlとの水溶液とする。ガラス容器に入れて、処理すべき材料を入れる。徐々に加熱して、酢酸を0.2ml加えて、沸騰を3分間行い、室温までさましてから、材料を取り出した。材料を水洗、自然乾燥した。材料が酸化されている事はXPS測定で確認した。
・DHM処理
上記の酸化処理を行った材料について、次のコーティングステップを行った。モノマー溶液をアクリル酸(AA)10、メタクリル酸(MA)1、水10、メタノール4の混合溶液として、実施例7の方法で行った。
・複合材料の製法
加硫剤を加えて、まだやわらかい黒ゴムで、アラミド繊維試料をはさみ、それにシリコーンゴム板を載せて、1キログラムの重りで加圧して24時間置いて作製した。繊維含有量は20%とした。
The oxidation treatment, the DHM treatment, and the method for producing the composite material in this example were as follows.
-Oxidation treatment Chemical reaction treatment; Take a volume of 10 ml of a sodium hypochlorite solution (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd. product code 197-02206, effective chlorine: 5.0 +%) and use it as an aqueous solution with 100 ml of water. Put in a glass container and put the material to be processed. After gradual heating, 0.2 ml of acetic acid was added, boiling was carried out for 3 minutes, and the mixture was allowed to cool to room temperature, and then the material was taken out. The material was washed with water and air-dried. It was confirmed by XPS measurement that the material was oxidized.
-DHM treatment The following coating step was performed on the material subjected to the above oxidation treatment. The monomer solution was prepared as a mixed solution of acrylic acid (AA) 10, methacrylic acid (MA) 1, water 10, and methanol 4 by the method of Example 7.
-Production method of composite material A vulcanizing agent was added, an aramid fiber sample was sandwiched between still soft black rubber, a silicone rubber plate was placed on it, and the mixture was pressurized with a weight of 1 kilogram and left for 24 hours. The fiber content was 20%.

T型剥離試験は以下のように行った。
1)繊維布試料サイズ 幅10mm、長さ100mm
2)黒ゴム2枚に布をはさみ、布の末端10mmほど出して、加熱成型する。布とゴムの接着面積は10mmx90mm。
3)黒ゴムの片方の末端(布の出ている側)を10mm程度、手ではがす。
4)剥がしたゴム末端と布のはみ出した部分をそれぞれ、引っ張り試験の治具にとめて、引っ張り速度=10mm/分で引っ張った。
The T-type peeling test was performed as follows.
1) Fiber cloth sample size Width 10 mm, length 100 mm
2) Put a cloth between two pieces of black rubber, pull out about 10 mm from the end of the cloth, and heat-mold. The adhesive area between the cloth and rubber is 10 mm x 90 mm.
3) Peel off one end of the black rubber (the side where the cloth is sticking out) by about 10 mm by hand.
4) The peeled rubber end and the protruding part of the cloth were fixed to a jig for a tensile test, and the rubber was pulled at a pulling speed of 10 mm / min.

本開示の表面改質により従来にない繊維―樹脂界面の密着した高強度の複合材料が得られる。 By the surface modification of the present disclosure, a high-strength composite material having an unprecedented fiber-resin interface can be obtained.

本開示は、優れた強度の表面改質材料を提供し、高強度の複合材料を提供するので、自動車、航空機、医療器具、電子機器などの種々の産業における利益を提供する。




The present disclosure provides benefits in a variety of industries such as automobiles, aircraft, medical appliances, electronic devices, etc., as it provides superior strength surface modification materials and high strength composite materials.




Claims (14)

材料を表面改質する方法であって、
(1)前記材料を酸化処理するステップと、
(2)酸化処理した前記材料を表面コーティングするステップと、
を含む、方法であって、前記酸化処理が、
(i)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が酸化処理前より約1〜20%だけ増大するように実施されるか、
(ii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が約5〜15%となるように実施されるか、
(iii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内のO/C原子数比が約0.03〜0.2となるように実施されることを特徴とし、
前記表面コーティングするステップが、酸化処理した前記材料に
(ア)親水性ビニルモノマーをグラフトすること、
(イ)親水性モノマーをグラフトし、親水性ポリマーを塗布すること、または
(ウ)ビニルエステルモノマーをグラフトし、加水分解に供すること
を含む、方法。
A method of surface modification of a material
(1) A step of oxidizing the material and
(2) A step of surface-coating the oxidized material and
A method comprising the above, wherein the oxidation treatment comprises.
(I) When measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is only about 1 to 20% of that before the oxidation treatment. Implemented to increase or
(Ii) When measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is about 5 to 15%. Will be done
(Iii) When measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the O / C atomic number ratio within a depth of 10 nm on the surface of the material is about 0.03 to 0.2. As a feature ,
The surface coating step is applied to the oxidized material.
(A) Grafting a hydrophilic vinyl monomer,
(B) Graft a hydrophilic monomer and apply a hydrophilic polymer, or
(C) A method comprising grafting a vinyl ester monomer and subjecting it to hydrolysis.
材料を表面改質する方法であって、A method of surface modification of a material
(1)前記材料を酸化処理するステップと、 (1) A step of oxidizing the material and
(2)酸化処理した前記材料を表面コーティングするステップと、 (2) A step of surface-coating the oxidized material and
を含む、方法であって、前記酸化処理が、A method comprising the above, wherein the oxidation treatment comprises.
(i)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が酸化処理前より約1〜20%だけ増大するように実施されるか、(I) When measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is only about 1 to 20% of that before the oxidation treatment. Implemented to increase or
(ii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が約5〜15%となるように実施されるか、(Ii) When measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is about 5 to 15%. Will be done
(iii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内のO/C原子数比が約0.03〜0.2となるように実施されることを特徴とし、(Iii) When measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the O / C atomic number ratio within a depth of 10 nm on the surface of the material is about 0.03 to 0.2. As a feature,
前記表面コーティングするステップによる酸化処理した前記材料の重量の増加が、約5%未満である、方法。 A method in which the weight increase of the oxidized material by the surface coating step is less than about 5%.
前記材料を酸化処理するステップを、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が酸化処理前より約1.5〜15%だけ増大するように実施する、請求項1または2に記載の方法。 When the step of oxidizing the material is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is higher than that before the oxidation treatment. The method according to claim 1 or 2 , wherein the method is carried out so as to increase by about 1.5 to 15%. 前記材料を酸化処理するステップを、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が酸化処理前より約2〜10%だけ増大するように実施する、請求項1または2に記載の方法。 When the step of oxidizing the material is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is higher than that before the oxidation treatment. The method of claim 1 or 2 , wherein the method is carried out so as to increase by about 2-10%. 前記材料を酸化処理するステップを、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C−O結合)/(全炭素結合)%が約5〜15%となるように実施する、請求項1または2に記載の方法。 When the step of oxidizing the material is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the (CO bond) / (total carbon bond)% within a depth of 10 nm on the surface of the material is about 5 to 15. The method according to claim 1 or 2 , which is carried out so as to be%. 前記材料を酸化処理するステップを、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内のO/C原子数比が約0.03〜0.2となるように実施する、請求項1または2に記載の方法。 When the step of oxidizing the material is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the O / C atomic number ratio within a depth of 10 nm on the surface of the material is about 0.03 to 0.2. The method according to claim 1 or 2 , which is carried out in 1. 請求項1〜のいずれか一項に記載の方法により前記材料を表面改質するステップと、
前記材料と第2材料とを界面密着または接着させるステップと
を含む、接着材料を製造する方法。
A step of surface-modifying the material by the method according to any one of claims 1 to 6.
A method for producing an adhesive material, which comprises a step of interfacially adhering or adhering the material and a second material.
前記界面密着または接着させるステップが、前記材料と第2材料との間に接着剤が存在する条件で実施される、請求項に記載の方法。 The method according to claim 7 , wherein the step of interfacial adhesion or adhesion is carried out under the condition that an adhesive is present between the material and the second material. 前記材料を表面改質するステップから約1時間経過した後に、前記材料と第2材料とを界面密着または接着させるステップを実施し、ここで、「約」は示された値プラスまたはマイナス10%を指す、請求項またはに記載の方法。 Approximately one hour after the step of surface modifying the material, a step of interfacially adhering or adhering the material to the second material is performed , where "about" is the indicated value plus or minus 10%. the pointing method of claim 7 or 8. 幅10mm、厚さ1mmの表面改質した前記材料を、接着面積が10mm×10mmとなるように厚さ0.2mmのアルミニウム板と接着した試験片について、20mm/分の速度、60mmの支持点間距離で引張試験を行った場合、前記酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した材料から作製した接着材料と比較して、200N以上のせん断強度の向上をもたらす、請求項7〜9のいずれか一項に記載の方法。 A test piece obtained by bonding the surface-modified material having a width of 10 mm and a thickness of 1 mm to an aluminum plate having a thickness of 0.2 mm so that the bonding area is 10 mm × 10 mm has a speed of 20 mm / min and a support point of 60 mm. If a tensile test was carried out between the distance, the but for the step of oxidizing process in comparison with the adhesive material made from material prepared in the same conditions, results in improved shear strength of at least 200 N, claim 7 The method according to any one of 9. 前記酸化処理するステップの前に、酸化処理する材料を洗浄するステップを含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 10 , further comprising a step of washing the material to be oxidized before the step of oxidizing the material. 前記酸化処理するステップが、プラズマ処理、オゾン処理、紫外線照射処理、コロナ放電処理、高圧放電処理および化学酸化からなる群から選択される処理により酸化処理することを含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。 Any of claims 1 to 11 , wherein the oxidation treatment step includes oxidation treatment by a treatment selected from the group consisting of plasma treatment, ozone treatment, ultraviolet irradiation treatment, corona discharge treatment, high-pressure discharge treatment, and chemical oxidation. The method described in item 1. 請求項1〜のいずれか一項に記載の方法により製造された表面改質材料。 A surface modification material produced by the method according to any one of claims 1 to 6. 請求項7〜12のいずれか一項に記載の方法により製造された接着材料。 Adhesive materials manufactured by the method according to any one of claims 7-12.
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